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Optimización de los distribuidores de flujo en baterías de flujo redox

La optimización de los distribuidores de flujo en baterías de flujo redox permite aumentar las prestaciones y la eficiencia de estos dispositivos, al tiempo que se reducen los costes. Por este motivo, actualmente hay una necesidad de comprender desde principios fundamentales la conexión existente entre los distribuidores de flujo, la gestión del flujo de los electrolitos y las propiedades de los electrodos. En este trabajo*, se examina numérica y experimentalmente la distribución del flujo y la pérdida de presión en distribuidores de flujo interdigitados con sección transversal constante y en forma de rampa. Para ello, se utilizan dos modelos simplificados distintos que describen el flujo en la batería: 

  1. un modelo de CFD que estudia una sección de batería que incluye los canales y el electrodo poroso, incorporando la resistencia viscosa de Darcy en este último; y 
  2. un modelo semi-analítico, que utiliza la ley de Darcy para describir el flujo 2D en el electrodo y la teoría de la lubricación para describir los flujos 1D de Poiseuille en los canales.

Las predicciones de los modelos se comparan entre sí y con datos experimentales. Los resultados muestran que los canales en forma de rampa pueden mejorar el transporte de masa y facilitar la evacuación de burbujas (generadas en reacciones secundarias) debido a las mayores velocidades alcanzadas en los canales, siendo las pérdidas de presión similares a las de los distribuidores de flujo con sección constante. Este hecho es consistente con datos experimentales medidos en una monocelda operada con electrolitos acuosos de vanadio. 

(*) García-Salaberri, P.A., Gokoglan, T.C., Ibáñez, S.E., Agar, E., Vera, M. Modeling the effect of channel tapering on the pressure drop and flow distribution characteristics of interdigitated flow fields in redox flow batteries. (2020) Processes, 8 (7), art. no. 775, DOI: 10.3390/PR8070775

Más información: Santiago Ibáñez. Investigador postdoctoral, Unidad de Procesos Electroquímicos, santiago.ibanez@imdea.org.

Monocelda usada en los experimentos, indicando la unidad repetitiva elemental, y esquema ilustrativo de la geometría de los canales interdigitados con sección transversal constante y en forma de rampa.

Fecha: 
Viernes, Diciembre 18, 2020