Síntesis y caracterización de agentes complejantes de bromo para baterías de flujo zinc-bromo

• Autores: Uxua Jiménez Blasco
• Directores de la Tesis: Alvaro Caballero Amores (dir. tes.), José Carlos Arrebola Haro (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2022
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: José María Fernández Rodríguez (presid.), Yamil Tesio Álvaro (secret.), Rusbel Coneo Rodríguez (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Química Fina por la Universidad de Córdoba
• Materias:
  • Física
    • Química física
      • Electroquímica
      • Electrolitos
  • Química
    • Química inorgánica
      • Halógenos
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Helvia
• Resumen

  • 1. Introducción o motivación de la tesis: Las baterías de flujo son dispositivos recargables, donde el electrolito (que tiene una o más especies activas) fluye a través de la celda electroquímica y transforma la energía química en energía eléctrica, y viceversa. Una característica de este tipo de baterías es el desacoplamiento de potencia y capacidad energética, debido a que el almacenamiento del electrolito se encuentra fuera de la celda electroquímica [1,2]. En esta tecnología energética, las baterías de flujo de zinc-bromo (ZBFB) constituyen uno de los sistemas más prometedores en términos de economía, disponibilidad de materiales y rendimiento. Los agentes complejantes de bromo (BCA) son esenciales para el correcto funcionamiento de estas baterías de flujo, actuando como captadores de bromo.

    Estos BCA son aminas cuaternarias sintetizadas mediante una reacción de sustitución bimolecular especial (SN2), conocida como reacción Menshutkin [3]. Los BCA más utilizados en ZBFB debido a su notable rendimiento son el bromuro de 1-etilmetilmorfolinio (MEM-Br) y el bromuro de N-etilmetilpirrolidinio (MEP-Br).

    2.Contenido de la investigación: En este trabajo de tesis doctoral se ha estudiado la síntesis de diferentes BCA como alternativas innovadoras a los tradicionales compuestos MEM-Br y MEP-Br. Los BCA sintetizados se han caracterizado con técnicas estructurales, fisicoquímicas y electroquímicas, utilizándolos en baterías ZBFB como agentes complejantes. Para ello, se han preparado diferentes electrolitos a partir de los BCA sintetizados y se han ensamblado celdas ZBFB con todos sus componentes de diseño propio, como son la celda electroquímica, depósitos, bombas y circuito hidráulico, para su posterior análisis de rendimiento electroquímico mediante test de ciclos galvanostáticos de carga y descarga. Uno de los innovadores BCA estudiados, el bromuro de 4-metilpropilmorfolinio. ha demostrado comportarse como una alternativa de sencilla síntesis y rendimiento electroquímico optimizado respecto a los BCA tradicionales [4] 3.Conclusión: Se ha logrado sintetizar nuevos BCA basados en el morfolinio e imidazol usando procesos simples y económicos. Además de esto, la caracterización química ha demostrado el éxito del método de síntesis, logrando obtener los productos deseadas con alta calidad. Estos BCA pueden ser empleados en la preparación de electrolitos para baterías de flujo zinc-bromo (ZBFB), basándose en disoluciones con concentraciones similares a las empleadas en electrolitos estándar, ya que, los parámetros físico-químicos de los electrolitos están en el orden de los comerciales. Los rendimientos coulómbico y energético son notables cuando son testados en las ZBFB mediante pruebas electroquímicas de carga y descarga.

    Por lo tanto, debido a los positivos resultados logrados en aspectos como el proceso de síntesis y eficiencias coulómbica y energética de las baterías, demuestran que los BCA sintetizados son realmente prometedores para el próximo desarrollo de baterías de flujo Zn-Br de altas prestaciones.

    4. Bibliografía: [1] X.L. Zhou, T.S. Zhao, L. An, Y.K. Zeng, L. Wei L. J Power Sources. 339 (2017) 1.

    [2] Q. Xu, T.S. Zhao Prog Energy Combust Sci. 49 (2015) 40.

    [3] M.V.J. Rocha, N.W.G. Smits, L.P. Wolters, A. Cózar, C. Fonseca Guerra, T.C. Ramalho, F.M. Bickelhaupt. Int. J. Mass Spectrom. 413 (2017) 85.

    [4] Jiménez-Blasco, U.; Moreno, E.; Cólera, M.; Díaz-Carrasco, P.; Arrebola, J.C.; Caballero, A.; Morales, J.; Vargas, Ó.A. Int. J. Mol. Sci. 22 (2021) 9288.