Diseño de un sistema a escala de laboratorio (4 W) de baterías de flujo redox de todo vanadio para investigación

Abstract

[ES] En este trabajo, se diseñará un sistema de baterías de flujo redox de todo vanadio de 4 W de potencia, destinado a tareas de investigación en el grupo IEC del departamento de Ingeniería Química y Nuclear de la Universitat Politècnica de València.

En primer lugar, se realizará el diseño de la batería de flujo redox de todo vanadio, a partir de la premisa de que la potencia que ha de suministrar debe ser de 4 W. En esta parte, se dimensionarán y seleccionarán los diferentes elementos de instalación: celda electroquímica, tanques de electrolitos, cables eléctricos, conducciones, accesorios, bomba e instrumentos necesarios para realizar las pruebas en la batería. Además, se indicarán las conexiones entre los diferentes elementos diseñados, la disposición de estos en el espacio del laboratorio reservado para las pruebas de esta batería y los protocolos experimentales necesarios para operar dicho sistema.

En segundo lugar, se definirán la puesta a punto de los métodos analíticos para la determinación de vanadio, que se requieren durante el funcionamiento del sistema, para poder monitorizar el estado de carga de la batería a través de la cuantificación de la concentración de las diferentes especies del vanadio en el electrólito de la batería. Concretamente, se utilizarán espectrofotometría UV-Visible y de absorción atómica. También se describirá el método de síntesis del electrolito a utilizar en la batería a partir de su precursor, el VOSO4·xH2O.

Por último, se detallará el presupuesto requerido para la realización del diseño propuesto que junto con los planos de la plataforma experimental de baterías de flujo redox de todo vanadio, definirá completamente la instalación para su posterior materialización y puesta a punto.

[EN] In this work, a 4 W power redox flow all vanadium battery system has been designed for research tasks in the IEC group of the Department of Chemical and Nuclear Engineering of the Universitat Politècnica de València. First of all, the design of the redox flow battery of all vanadium has been carried out, based on the premise that the power to be supplied must be 4 W. In this part, the different elements of Installation are sizing and selected: electrochemical cell, electrolyte tanks, electrical cables, pipes, accessories, pump and instruments necessary to carry out the tests on the battery. In addition, the connections between the different designed elements are indicated, their arrangement in the laboratory space reserved for testing this battery and the experimental protocols necessary to operate such a system. Secondly, the set-up of the analytical methods for the determination of vanadium, which are required during the operation of the system, has been defined to be able to monitor the state of charge of the battery through the quantification of the concentration of the different vanadium species in the battery electrolyte. Specifically, UV-Visible and atomic absorption spectrophotometry has been used. The synthesis method of the electrolyte used in the battery from its precursor, VOSO4 · xH2O, has also been described. Finally, the budget required for the realization of the proposed design is detailed, which together with the plans of the experimental platform for redox flow batteries of all vanadium, completely defines the installation for its subsequent materialization and tuning.