Ellen Matson, izquierda, profesor asistente de química, y la estudiante de doctorado Lauren VanGelder trabajando en el laboratorio de Matson. VanGelder es el autor principal de un artículo que describe modificaciones a una batería de flujo redox que la hacen casi dos veces más efectiva para el almacenamiento de energía electroquímica. Crédito:Foto de la Universidad de Rochester / Matson Lab
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 sol no brilla y el viento no sopla.
Una posibilidad es utilizar cualquier exceso de energía solar y eólica para cargar soluciones de productos químicos que posteriormente se pueden almacenar para su uso cuando el sol y el viento son escasos. En ese tiempo, las soluciones químicas de carga opuesta se pueden bombear a través de electrodos sólidos, 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 "llevar" carga suficiente, pero también almacenarse sin degradarse durante largos periodos, maximizando así la generación de energía y minimizando los costos de reabastecimiento del sistema.
Investigadores de la Universidad de Rochester, trabajando con colegas de 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, investigadores en el laboratorio de Ellen Matson, profesor asistente de química, describir la modificación de un grupo de óxidos metálicos, que tiene propiedades electroactivas prometedoras, de modo que es casi el doble de efectivo que el grupo no modificado para el almacenamiento de energía electroquímica en una batería de flujo redox.
"Las aplicaciones de almacenamiento de energía con polioxometalatos son bastante raras en la literatura, "dice la autora principal Lauren VanGelder, un doctorado de tercer año. estudiante en el laboratorio de Matson. "Quizás haya uno o dos ejemplos anteriores al nuestro, y realmente no maximizaron el potencial de estos sistemas ".
Una batería de flujo redox utiliza el exceso de energía solar y eólica para cargar soluciones de productos químicos que posteriormente se pueden almacenar para su uso cuando la luz solar y el viento son escasos. En ese tiempo, las soluciones químicas de carga opuesta se pueden bombear a través de electrodos sólidos, creando así un intercambio de electrones que proporciona energía a la red eléctrica. Crédito:Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw
"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 estudiado por sus propiedades magnéticas. Las pruebas realizadas por VanGelder mostraron que el compuesto podría almacenar carga en una batería de flujo redox, "pero no fue tan estable como esperábamos".
Sin embargo, Al realizar lo que Matson describe como "una modificación molecular simple", reemplazando los grupos metóxido derivados del metanol del compuesto con ligandos etóxido basados en etanol, el equipo pudo expandir la ventana potencial durante la cual el grupo se mantuvo estable, duplicando la cantidad de energía eléctrica que podría almacenarse en la batería.
Matson dice:"Lo realmente interesante 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 disponible y seguro de usar. Los átomos de metal y oxígeno que componen el resto del cúmulo son elementos abundantes en la tierra. El sencillo La síntesis 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 ".
Las pruebas electroquímicas requeridas para este estudio involucraron equipos y técnicas que no se habían utilizado anteriormente en el laboratorio de Matson. De ahí la colaboración con Timothy Cook, profesor asistente de química en la Universidad de Buffalo, y Anjula Kosswattaarachchi, estudiante de posgrado de cuarto año en el laboratorio de Cook. VanGelder visitó el laboratorio Cook para recibir capacitación sobre equipos de prueba, ya su vez ayudó a Kosswattaarachchi a sintetizar compuestos.
Los dos grupos han solicitado una subvención de la National Science Foundation como parte de una colaboración en curso para perfeccionar aún más los grupos para su uso en baterías comerciales de flujo redox.
Matson destacó el "papel crucial" desempeñado por VanGelder, quien realizó las pruebas y experimentos iniciales en los clústeres mientras Matson estaba de baja por maternidad. "Como estudiante de tercer año, hizo un trabajo increíble al comenzar este proyecto. Ella jugó un papel importante en la conducción de este esfuerzo de investigación en el laboratorio, "Dice Matson.
