Proyectos
Desarrollo de Membranas PEM a base de polieteretercetona sulfonada (PEEK-S) para baterías estacionarias de hierro
Resumen
La transición energética es una necesidad, y en algunos casos puntuales, una realidad en Colombia, en especial en regiones apartadas y no interconectadas. En estas zonas del país se han realizado numerosas instalaciones de energía solar fotovoltaica por parte del gobierno y/o de diversas organizaciones no gubernamentales [1] [2]. De ahí surge un nuevo desafío que es el almacenamiento económica- y ambientalmente sostenible de la energía generada. En el caso de la energía fotovoltaica, esta se genera en un lapso que oscila entre 6 y 10 horas del día dependiendo de las condiciones climáticas y debe ser almacenada para que pueda ser distribuida durante el resto del día [3]. Hoy en día las baterías estacionarias de plomo o de litio son el medio de almacenamiento más utilizado a escala de microgeneración [4]. Estas proveen una capacidad de almacenamiento que oscila entre unas décimas y algunas decenas de kilowatio-hora y un tiempo de liberación de la energía de aproximadamente 4 a 8 horas. A diferencia de los páneles solares, que tienen una duración superior a los 20 años, las baterías, dependiendo del tipo y el uso que se le den, tienen un periodo de vida que oscila entre los 5 y 20 años. Sin embargo, las baterías más duraderas que corresponden a las de litio, se destacan también por su elevado costo. Esto conlleva a que el almacenamiento de la energía se vuelva el eslabón más débil de la cadena de la microgeneración. En este contexto, el desarrollo de una tecnología nacional de producción, mantenimiento y reciclaje de baterías estacionarias se convierte en una necesidad prioritaria para asegurar una transición energética justa. Las baterías estacionarias para las regiones deben caracterizarse por su bajo costo, durabilidad y posibilidad de ser recicladas fácilmente. Adicionalmente, deben ser construidas con materiales de bajo impacto ambiental. Es por esto que actualmente se desarrollan trabajos en el área de baterías que utilizan metales como el hierro y el zinc, las cuales, si bien no permiten altas densidades de carga y almacenamiento de energía, sí pueden ser consideradas de bajo costo e impacto ambiental [5] [6]. En este proyecto se desarrollarán materiales para la construcción de membranas de baterías estacionarias. La membrana, también conocida como seperador, por las múltiples funciones que desempeña, es uno de los materiales más complejos y que repercuten en el costo final de las mismas [7]. Es por esto que desde las ciencias de materiales se buscan alternativas económicamente viables para sustituir los materiales utilizados actualmente. El PEEK (polieteretercetona) es un plástico de ingeniería con alta resistencia mecánica, térmica y química. Adicionalmente, al no poseer flúor en su estructura, es un candidato ecológicamente atractivo [8] [9]. Una vez sulfonado, este material ha demostrado ser un buen candidato para la elaboración de separadores tipo PEM [10]. Sin embargo, una dificultad que se presenta en el uso de este material es en la elaboración de láminas finas [11]. Actualmente se ha experimentado la elaboración por evaporación de solvente, pero este proceso resulta costoso y ambientalmente inviable. En este proyecto se producirá separadores por sulfonación y sinterización de PEEK. Las modificaciones en la preparación de las membranas van a resultar en cambios en permeabilidad de electrolitos, absorción de agua, y capacidad de intercambio catiónico de las mismas, o en otras palabras, cambios en su eficiencia. Estas características serán evaluadas para seleccionar la membranas más eficientes y rentables. Finalmente, con la membrana seleccionada se construirá un prototipo de batería estacionaria que servirá para evaluar los separadores y a la vez para generar experticia en la fabricación de estos equipos. (Ver Anexo 1 - árbol de problemas)
Convocatoria
Nombre de la convocatoria:CONVOCATORIA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS SEDE BOGOTÁ DE LA UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA PARA APOYO A PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN 2022
Modalidad:Modalidad única
Responsable