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

Abstract

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 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. 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). 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. Los positivos resultados logrados en aspectos como el proceso de síntesis, y las 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.