Diseño y construcción de un prototipo a escala de laboratorio de una celda electroquímica de flujo redox de vanadio para almacenamiento de energía solar

En Ecuador existen diversos proyectos para la implementación de sistemas de generación de energía renovable, siendo los sistemas fotovoltaicos uno de ellos. Estos sistemas son susceptibles a producciones deficientes debido a que dependen de las condiciones climáticas de la zona en donde estén instaladas. Los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) se presentan como una solución a esta problemática, siendo capaces de almacenar la energía cuando existe un exceso de ella y poder suministrar a la red cuando se produce una baja demanda. Las baterías de flujo redox de vanadio (VRFB) son ideales para esta función dado a su fácil manejo, mantenimiento, gran capacidad de almacenamiento, reciclabilidad, bajo impacto ambiental y su largo ciclo de vida útil. En el presente trabajo se diseñó y construyó una celda electroquímica de vanadio a base de acrílico con una capacidad de 200 mL para una solución electrolítica de 0.35 M de vanadio total en 2.24 M de ácido sulfúrico, fieltros de grafito de 26.8 cm2 como electrodos los cuales se sometieron a previo tratamiento térmico y químico y Nafion® 115 como membrana de intercambio iónico. Esta celda posee una capacidad teórica de almacenamiento de energía de 0.52 Ah. La construcción de esta celda electroquímica se llevó a cabo con el fin de evaluar su factibilidad para su implementación en sistemas de generación de energía fotovoltaicos y su posterior almacenamiento de energía, para ello se operó la celda bajo condiciones de carga simulando suministro de energía mediante paneles solares y mediante carga galvanostática (corriente constante) determinando sus estados de carga máximos, capacidades de carga y las eficiencias coulómbicas, de voltaje y energéticas en los dos ciclos de carga-descarga para ambos modos de operación. Los procesos de carga se realizaron en el laboratorio de Micro-Red ubicado en el campus Balzay de la Universidad de Cuenca.

In Ecuador, there are various projects for the implementation of renewable energy generation systems, and photovoltaic systems are one of them. These systems are susceptible to poor production due to their dependence on the climatic conditions of the installation zone. Energy storage systems (ESS) present themselves as a solution to this problem, as they can store excess energy and supply the grid during low demand periods. Vanadium Redox Flow Batteries (VRFB) are ideal for this purpose due to their easy handling, maintenance, large storage capacity, recyclability, low environmental impact, and long lifespan. In this study, a vanadium electrochemical cell based on acrylic with a capacity of 200 mL for an electrolytic solution of 0.35 M total vanadium in 2.24 M sulfuric acid, 26.8 cm2 graphite felts as electrodes, which were subjected to prior thermal and chemical treatment, and Nafion® 115 as an ionic exchange membrane was designed and built. This cell has a theoretical energy storage capacity of 0.52 Ah. The construction of this electrochemical cell was carried out to evaluate its feasibility for implementation in photovoltaic energy generation systems and its subsequent energy storage. The cell was operated under charging conditions, simulating energy supply through solar panels and galvanostatic (constant current) charging, determining its maximum charge states, charge capacities, and coulombic, voltage, and energy efficiencies in the two charge-discharge cycles for both modes of operation. The charging processes were carried out in the Micro-Red laboratory located on the Balzay campus of the Universidad de Cuenca.

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