Un equipo de investigación de la Universidad Tecnológica de Nanjing (NanjingTech) de China ha desarrollado y construido un novedoso dispositivo de batería de flujo redox solar (SRFB) basado en antraquinona.
El sistema consta de pares redox conocidos como 2,6-DBEAQ y K4[Fe(CN)6], emparejados con un único fotoelectrodo de silicio amorfo de triple unión. Las SRFB son sistemas que combinan una célula solar con una batería de flujo redox, lo que permite la captura simultánea de la luz solar y el almacenamiento de energía química.
«Entre los pares redox utilizados en las SRFB, los derivados orgánicos acuosos de la antraquinona han ganado reconocimiento como los materiales preferidos para el almacenamiento de energía», explicó el autor correspondiente Chengyu He a pv magazine. «Las SRFB basadas en antraquinona suelen emplear pares redox como AQDS y 2,6-DHAQ, que funcionan tanto en condiciones fuertemente ácidas como alcalinas. Sin embargo, debido a la corrosión de los fotoelectrodos y a la inestabilidad del par redox emparejado, estos dispositivos SRFB presentan una eficiencia relativamente baja en la conversión de la energía solar en electricidad».
Para la parte del fotocátodo del dispositivo, el grupo cortó células fotovoltaicas comerciales de silicio amorfo de triple unión (3jn-a-Si) en trozos de 2 cm × 2 cm. La célula se compone de uniones apiladas de aleación de silicio amorfo y germanio depositadas sobre un sustrato de acero inoxidable, recubiertas con una capa de óxido de indio y estaño (ITO). Está conectada eléctricamente a través de un circuito externo a un contraelectrodo de fieltro de carbono.
El fotocátodo está en contacto químico con el catolito que contiene 2,6-DBEAQ, que se reduce durante la fotocarga. Por el contrario, el anolito que contiene K₄[Fe(CN)₆] se oxida en el electrodo de fieltro de carbono. Los dos electrolitos fluyen continuamente desde tanques externos a través de la célula utilizando una bomba peristáltica. Se mantienen separados por una membrana de intercambio iónico Nafion que permite el transporte de iones para mantener el equilibrio de carga, pero evita la mezcla de electrolitos.
El rendimiento del dispositivo SRFB se evaluó mediante una prueba cíclica, un experimento repetido de carga y descarga. Antes de las mediciones, los electrolitos se purgaron con argón durante 30 minutos para eliminar el oxígeno disuelto. Durante la carga, el fotocátodo se irradió con una lámpara de xenón que simulaba una intensidad solar de 1 sol a 100 mW cm2. El dispositivo se descargó a una densidad de corriente de 10 mA cm-2 hasta que el voltaje de la batería cayó a 0,2 V.
«El dispositivo SRFB puede cargarse con luz sin polarización externa y descargarse durante más de 10 ciclos, mientras que la eficiencia de la electricidad solar a la salida alcanza el 4,3 %», afirmó Chengyu He. «La preparación satisfactoria de este dispositivo SRFB abre nuevas posibilidades para el desarrollo ulterior de tecnologías avanzadas de conversión de energía solar en energía química».
Los resultados se presentaron en «An aqueous anthraquinone solar redox flow battery for efficient conversion and storage of solar energy» (Una batería de flujo redox solar acuosa de antraquinona para la conversión y el almacenamiento eficientes de la energía solar), publicado en Electrochimica Acta.
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