Las baterías de flujo redox son una tecnología emergente para el almacenamiento de energía electroquímica que podría ayudar a mejorar el uso de la energía producida por recursos energéticos renovables. Estos recursos de energía son intrínsecamente irregulares en su suministro, que normalmente no se alinea con la demanda en la red eléctrica. En principio, Las baterías de flujo redox pueden diseñarse para tener una capacidad de almacenamiento de energía que sea independiente de su potencia nominal. Sin embargo, en la práctica, la facilidad con la que las moléculas activas redox se transportan a las superficies de los electrodos juega un papel importante en la determinación de su eficiencia, la energía que se produce o carga y, en ciertas ocasiones, su duración de vida.

En un nuevo periódico El profesor asistente Kyle Smith abordó estos desafíos con una nueva teoría para predecir cómo el flujo de fluido afecta la capacidad de las moléculas en una batería de flujo para reaccionar en las superficies de los electrodos porosos. "Modelado de los efectos transitorios de la convección a escala de poros y las reacciones redox en el límite pseudoestable" se publicó en un número de enfoque de la Revista de la Sociedad Electroquímica en honor a Richard C. Alkire de Illinois, la Cátedra Emérita Charles J. y Dorothy G. Prizer en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, ex vicerrector de Investigación, y ex decano del Graduate College. Alkire es conocido en todo el mundo por su experiencia en la deposición de metales y simulaciones de múltiples escalas desde escalas atómicas hasta escalas de procesamiento.

Smith y su Ph.D. El estudiante teorizó en la investigación que las velocidades de reacción a escalas microscópicas eran relevantes para la estructura microscópica subyacente del material del electrodo. Los resultados de su modelo le permitieron predecir cómo se produce el transporte molecular en las llamadas condiciones transitorias. donde las concentraciones de moléculas activas redox en el electrolito de la batería cambian con el tiempo.

"Demostramos que estas condiciones son particularmente relevantes para el funcionamiento de las baterías de flujo redox, que experimentan procesos dinámicos de carga y descarga en los que la composición del electrolito cambia con el tiempo. Esto contrastaba con trabajos anteriores que habían considerado tales efectos principalmente desde un contexto de estado estacionario donde la composición es constante en el tiempo. "dijo Smith." La teoría que introdujimos permite la predicción de coeficientes de transferencia de masa basados ​​en la estructura de poros microscópicos dentro de los electrodos en los que se cargan y descargan los electrolitos. Tener tales capacidades nos permite diseñar cómo deben diseñarse tales estructuras; en otras palabras, cómo diseñarlos ".

El hallazgo de Smith impacta en numerosas aplicaciones de ingeniería donde el transporte a escala de poros es importante, incluida la depuración y desalinización de agua, purificación catalítica de gases de escape industriales y de vehículos, y transporte de minerales reactivos y biodegradación de células vivas.

Este trabajo se relaciona bien con la investigación profesional de Alkire en la mejora del diseño en ingeniería a través de simulaciones de múltiples escalas. "El objetivo general de este volumen especial es abordar la necesidad de nuevos métodos de ingeniería, impulsado por descubrimientos notables a escala de moléculas, así como un rápido crecimiento en archivos de datos masivos. La atención se centra en el desarrollo de nuevos métodos de diseño para vincular el comportamiento a escala molecular con los procedimientos tradicionales de diseño de ingeniería electroquímica a escala macroscópica. El propósito es integrar el control de calidad a escala molecular en productos y procesos bien diseñados, "dijo Alkire sobre el tema de enfoque publicado en su honor.