Para alimentar comunidades enteras con energía limpia, como la energía solar y eólica, se necesita un sistema de almacenamiento de respaldo confiable para proporcionar energía cuando el viento no sopla y el sol no está afuera.
Una posibilidad es utilizar cualquier exceso de energía solar y eólica para cargar soluciones de productos químicos que posteriormente pueden almacenarse para su uso cuando la luz solar y el viento son escasos. Durante estos tiempos de inactividad, las soluciones químicas de carga opuesta pueden bombearse a través de sólidoselectrodos, creando así un intercambio de electrones que proporciona energía a la red eléctrica.
La clave de esta tecnología, llamada batería de flujo redox, es encontrar productos químicos que no solo puedan "cargar" suficiente carga, sino que también se almacenen sin degradarse durante largos períodos, maximizando así la generación de energía y minimizando los costos de reposición del sistema.
Los investigadores de la Universidad de Rochester y la Universidad de Buffalo creen que han encontrado un compuesto prometedor que podría transformar el panorama del almacenamiento de energía.
en un artículo publicado en Ciencia química , una revista de acceso abierto de la Royal Society of Chemistry, los investigadores describen la modificación de un grupo de óxido de metal, que tiene propiedades electroactivas prometedoras, para que sea casi el doble de efectivo que el grupo no modificado para el almacenamiento de energía electroquímica en un flujo redoxbatería.
La investigación fue dirigida por el laboratorio de Ellen Matson, PhD, profesora asistente de química de la Universidad de Rochester. El equipo de Matson se asoció con Timothy Cook, PhD, profesor asistente de química en la Facultad de Artes y Ciencias de la UB, para desarrollar y estudiar elracimo.
"Las aplicaciones de almacenamiento de energía con polioxometalatos son bastante raras en la literatura. Quizás haya uno o dos ejemplos anteriores al nuestro, y realmente no maximizan el potencial de estos sistemas", dice la primera autora Lauren VanGelder, de tercer añoEstudiante de doctorado en el laboratorio de Matson y un graduado de la UB que recibió su licenciatura en química y ciencias biomédicas.
"Esta es realmente un área sin explotar del desarrollo molecular", agrega Matson.
El grupo se desarrolló por primera vez en el laboratorio del químico alemán Johann Spandl, y estudió sus propiedades magnéticas. Las pruebas realizadas por VanGelder mostraron que el compuesto podía almacenar carga en una batería de flujo redox ", pero no era tan estable como esperábamos"
Sin embargo, al hacer lo que Matson describe como "una simple modificación molecular", reemplazando los grupos de metóxido derivados del metanol del compuesto con ligandos de etóxido a base de etanol, el equipo pudo expandir la ventana potencial durante la cual el grupo era estable,duplicando la cantidad de energía eléctrica que podría almacenarse en la batería.
El equipo de Cook, incluido el candidato a doctorado de cuarto año, Anjula Kosswattaarachchi, contribuyó a la investigación mediante la realización de pruebas que permitieron a los científicos determinar qué tan estables eran los diferentes compuestos de racimo.
"Llevamos a cabo una serie de experimentos para evaluar las propiedades electroquímicas de los grupos", dice Cook. "Específicamente, estábamos interesados en ver si los grupos eran estables en el transcurso de minutos, horas y días. También construimosuna batería prototipo donde cargamos y descargamos los grupos, haciendo un seguimiento de cuántos electrones podríamos transferir y viendo si toda la energía que almacenamos podría recuperarse, como cabría esperar de una buena batería.
"Estos experimentos nos permitieron calcular la eficiencia del dispositivo de una manera muy exacta, permitiéndonos comparar un sistema con otro. Gracias a estos estudios, pudimos realizar cambios moleculares en el grupo y luego determinar exactamente qué propiedades se afectaron"
Dice Matson: "Lo que es realmente genial de este trabajo es la forma en que podemos generar los grupos de etóxido y metóxido mediante el uso de metanol y etanol. Ambos reactivos son económicos, fácilmente disponibles y seguros de usar. Los átomos de metal y oxígeno que componenel resto del grupo son elementos abundantes en la tierra. La síntesis directa y eficiente de este sistema es una dirección totalmente nueva en el desarrollo de portadores de carga que, creemos, establecerá un nuevo estándar en el campo ".
Los grupos de investigación de Matson y Cook han solicitado una subvención de la National Science Foundation como parte de una colaboración continua para refinar aún más los grupos para su uso en baterías de flujo redox comerciales.
Un Premio del Fondo Furth de la Universidad de Rochester que recibió Matson el año pasado permitió que el laboratorio comprara el equipo electroquímico necesario para el estudio. Patrick Forrestal del laboratorio Matson también contribuyó al estudio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Buffalo . Original escrito por Bob Marcotte y Charlotte Hsu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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