Batería Solar De Flujo Hoy

Batería Solar de Flujo, de la aleación Litio – Yodo Acuoso, Para la Simultánea Conversión y Almacenamiento de Energía Solar
Departamento de Química y Bioquímica, Universidad del Estado de Ohio.

Información de apoyo
Resumen
La Integración de las funciones de la conversión fotoeléctrica y de almacenamiento de energía solar dentro de un aparato, hace posible la mayor eficiencia en el uso deenergía solar.
En este artículo se demuestra el concepto de una Batería Solar de Flujo (SFB) con aleación de litio-yodo (Li-l) en forma acuosa, y con la incorporación de un fotoelectrodo sensibilizado por tinte (TiO2) integrado en la reacción redox de Li-l en las baterías de flujo, mediante el enlace de un catolito (l3-/l-), para lograr la simultanea conversión y almacenamiento solar.
Durante elproceso de carga fotoasistida, los iones de I­, son fotoelectroquímicamente oxidados para pasar a I3­, de esta manera se recolecta la energía solar y se almacena como energía química. La SFB/ Li-I, puede ser cargada a un voltaje de 2.90 V debajo de 1 Sol AM 1.5 de iluminación, lo cual es menor que su voltaje de descarga (3.30 V). La reducción de tensión de carga, crea un ahorro de energía de cerca del20% en comparación con una batería convencional de Li-I. Este concepto también sirve como guía de diseño que se puede extender para ser usada en la creación de otros sistemas de SFB’s a base de la aleación de otros metales por medio de redox.
La simultánea conversión y almacenamiento de energía solar marca un avance significativo para el uso práctico de energía solar. Varios combustibles solareshan sido explorados, sin embargo, los desafíos presentes para almacenar el hidrógeno y el costo de las celdas combustibles, crean diversas dificultades para implementar estos sistemas.

Una prometedora solución es la integración de un fotoelectrodo dentro de un capacitor o batería electroquímico/a desde un solo aparato. Nuestro grupo ha demostrado la carga fotoasistida de baterías de Li-O2, sinembargo, esos artefactos están limitados porque usan solventes orgánicos para el electrolito, los cuales son de alto costo y genera un impacto negativo en el ambiente.
Recientemente, los intentos al crear sistemas acuosos se han hecho reemplazando el fotoelectrodo sensibilizado por color, por fotoelectrodos semiconductores que tienen superficies hidrofóbicas. No obstante, debido a la largaband-gap “banda de energía prohibida” de los semiconductores (i.e., 2.7 eV para WO3 y 3.2 eV para TiO2), esos aparatos solamente pueden recolectar una limitada porción del espectro solar (i.e., <460 nm).
Aquí reportamos una batería solar (SFB) de Litio-Yodo (Li-I) en forma acuosa, un solo aparato que integra una batería de flujo (redox Li­I) y la celda solar sensibilizada por tinte (DSC) por medio de launión del catolito I3­/I­, para la simultánea conversión y almacenamiento de energía solar.


El uso de la energía solar permite a la SFB de Li-I que se cargue con un ingreso de voltaje de 2.90 V bajo la iluminación de 1 Sol 1.5AM, y que se descargue a una salida de voltaje de 3.30 V (con una densidad de 0.50 mA cm­2). Esto, comparado con las baterías convencionales de Li­I,, que son triplementecargadas a un voltaje de arriba de los 3.60 V, la SFB de Li-I puede conseguir ahorrar arriba del 20% de energía por su reducción de voltaje.
La SFB de Li-I tiene una configuración de tres electrodos (Figura 1a): un ánodo de Li metálico, una barra electrolítica (CE) de Pt – Platino­, y el fotoelectrodo (PE) sensibilizado por color (TiO2). El “CE” y “PE” están en contacto con el fluido delcatolito de la reacción redox de I3­/I­, que es almacenado en un contenedor conectado a la cámara del catolito e inyectada a través del aparato usando una bomba peristáltica. El ánodo Li y el catolito I3­/I­ son separados por una pieza de membrana cerámica conductiva Li-ion, que permite diferentes solventes en cada lado. El proceso de descarga es similar al de las baterías convencionales de Li­I: la...