Diseño de un prototipo de batería de flujo redox de vanadio

• de Jongh Salazar , Laura Elena ^[1] ; Barriola Damborenea, José Manuel ^[1] ; Álvarez Bermúdez, María Eugenia ^[1] ; Perez Hernández, Miguel Manuel ^[1]
  1. [1] Universidad Metropolitana

     Universidad Metropolitana

     Puerto Rico

     
• Localización: ACI Avances en Ciencias e Ingenierías, ISSN-e 2528-7788, ISSN 1390-5384, Vol. 17, Nº. 1, 2025
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Design of a vanadium redox flow battery prototype
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    Las baterías de flujo redox de vanadio (BFRV) son alternativas prometedoras para mitigar la intermitencia de las redes eléctricas basadas en generación renovable, aunque requieren estudios y optimización. Este trabajo presenta el diseño teórico de un prototipo de BFRV de una celda a escala de laboratorio, con un sistema de recirculación de electrolito y un sistema de medición de variables, destinado a ser utilizado en la Universidad Metropolitana como herramienta educativa. A través de la investigación documental, se identificaron los criterios de diseño más importantes, definiendo las características que el diseño debía cumplir. La celda diseñada incluye canales de flujo en forma de serpentín, colectores de corriente de cobre y grafito, electrodos de fieltro de grafito y una membrana iónica. El sistema incorpora dos bombas peristálticas y sensores de corriente, voltaje, conductividad, temperatura y nivel del electrolito, conectados a un Arduino UNO. El diseño permite tres configuraciones con diferentes tamaños de electrodos (6, 12 y 24 cm²) y la variación del volumen de electrolito, su concentración y caudal. Se concluyó que el VOSO4 es la fuente de vanadio óptima debido a su alta solubilidad. El sistema de monitoreo y control, implementado con Arduino, permite obtener mediciones precisas y en tiempo real, facilitando la recolección de datos. El costo estimado del prototipo es de 1 025 USD, recomendándose la inclusión de sensores de conductividad por su importancia para estimar el estado de carga (SoC). Los resultados teóricos obtenidos mediante simulación en MATLAB son consistentes con las expectativas, respaldando la viabilidad y pertinencia de construir este prototipo en la Universidad Metropolitana.

  • English

    Vanadium redox flow batteries (VRFB) are promising alternatives to mitigate the intermittency of renewable energy-based grids, although they require further studies and optimization. This work presents the theoretical design of a single-cell VRFB laboratory-scale prototype with an electrolyte recirculation system and a variable measurement system intended for use as an educational tool at the Universidad Metropolitana. The most critical design criteria were identified through documentary research, defining the characteristics the design needed to meet. The designed cell includes serpentine flow channels, copper and graphite current collectors, graphite felt electrodes, and an ion exchange membrane. The system incorporates two peristaltic pumps and sensors for current, voltage, conductivity, temperature, and electrolyte level, all connected to an Arduino UNO. The design allows for three configurations with different electrode sizes (6, 12, and 24 cm²) and electrolyte volume, concentration, and flow rate variations. It was concluded that VOSO4 is the optimal vanadium source due to its high solubility. The monitoring and control system, implemented with Arduino, enables accurate real-time measurements, facilitating data collection. The estimated cost of the prototype is 1 025 USD, and it is recommended that conductivity sensors be included due to their importance in assessing the state of charge (SoC). The theoretical results obtained through MATLAB simulation are consistent with expectations, supporting the feasibility and relevance of building this prototype at Universidad Metropolitana.