El desarrollo de sistemas de producción de energía renovable será económicamente viable únicamente si se acompaña de tecnologías de almacenamiento que cumplan con las especificaciones requeridas. Entre las distintas formas de almacenamiento de energía, el almacenamiento electroquímico, que incluye baterías y condensadores (capacitores), se basa en reacciones químicas redox para almacenar y liberar energía. Este tipo de almacenamiento tiene un alto potencial tecnológico, ya que presenta ventajas significativas como alta densidad de energía, eficiencia, escalabilidad, portabilidad y rápida respuesta.
En nuestro grupo de investigación, estudiamos el comportamiento de moléculas con múltiples eventos redox, basadas en sistemas π-extendidos cuya oxidación o reducción parcial genera compuestos tipo radical. Estos radicales, al ser estabilizados, permiten su aplicación en sistemas de almacenamiento de energía. Las moléculas en estudio incluyen ligandos basados en azol-imina-piridina, los cuales presentan eventos redox de un electrón tanto a potenciales bajos como altos, además de ser solubles en diversos solventes orgánicos.
Investigamos las condiciones óptimas de concentración, disolvente y electroactividad de los ligandos y sus complejos metálicos para su uso como anolito o catolito en baterías de flujo redox. Esta línea de investigación se desarrolla en colaboración con el grupo de Química Inorgánica dirigido por el profesor John Hurtado.
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| Figura 7. Complejos de investigados como electrolitos para baterías de flujo redox, en colaboración con el grupo de inorgánica del profesor John Hurtado. Tomado de: propuesta de tesis de maestría de Lina La Rotta (Uniandes, 2024) | ||
Otros tipos de materiales que presentan propiedades de almacenamiento de energía son los óxidos metálicos, como RuO₂ y MnO₂, y los polímeros conductores, como el polipirrol y la polianilina. Sin embargo, se requiere investigación básica para desarrollar sistemas comerciales eficientes, especialmente en aspectos como la tasa de degradación de los materiales, la alta autodescarga y el costo elevado de algunos de los componentes.
En nuestro grupo de investigación, estudiamos las propiedades de almacenamiento de energía, de materiales sintetizados en nuestro laboratorio. Entre ellos se encuentran depósitos de polipirrol y de PEDOT (polietilendioxitiofeno) modificados con materiales carbonosos, porfirinas y óxidos semiconductores, como TiO2 o el Co3O4. Investigamos el impacto de las variaciones químicas y la naturaleza del electrolito en el desempeño de los materiales.
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| Figura 8. (a) gráfica 3D para el análisis de la capacidad de almacenar energía de un polímero (polipirrol) en función del solvente y el electrolito. (b) imagen SEM del polímero que muestra microestructuras semicirculares. Tomado de: A.F. Pérez-Torres, Martín González-Hernández, Pablo Ortiz, María T. Cortés. Statistical study of the influence of electrosynthesis conditions on the capacitance of polypyrrole. ACS Omega, 2022, 7(18) 15580-15595. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06843 | ||
