Modelado CFD del transporte electroquímico en baterías de flujo redox de vanadio

Las baterías de flujo redox de vanadio (VRFB) son dispositivos de almacenamiento electroquímico de energía adecuados para aplicaciones de almacenamiento de energía renovable a mediana y gran escala. Ofrecen ventajas como mayor seguridad, desacoplamiento entre la capacidad energética y la potencia de salida, y una minimización del cruce de especies químicas. El rendimiento y la capacidad de las VRFB están determinados por fenómenos complejos de transporte de masa y cantidad de movimiento, así como por cinéticas redox electroquímicas presentes en los ensamblajes membrana-electrodo dentro de las celdas de la batería. La investigación experimental y de modelado orientada a optimizar el rendimiento del transporte de masa en VRFB se ha centrado principalmente en comparar diseños de campos de flujo, aunque con resultados contradictorios.

Para abordar esta problemática, se desarrollará un solucionador de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto en OpenFOAM, diseñado para flujos reactivos en medios porosos con transferencia de masa electroquímica. Este solucionador se utilizará para simular las capas límite de masa y cantidad de movimiento adyacentes a la interfaz entre el electrolito del canal y el electrodo en una VRFB con configuración de flujo paralelo y diseño serpentino. A partir de estas simulaciones, se derivarán correlaciones para los coeficientes de transferencia de masa que podrán facilitar la ampliación industrial de las baterías de flujo redox. Estas correlaciones, respaldadas por un análisis detallado de los fenómenos de transporte, también contribuirán al desarrollo futuro de un modelo multifísico multiescala para simular el transporte de masa y el rendimiento de reactores VRFB reales.

Concurso: Interno, Open Seed Fund 2024

Duración del proyecto: 12 meses

Investigador principal: Felipe Huerta Pérez