Análise do transporte de massa em baterias de fluxo redox de pequena escala

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2019
Autor(a) principal: Lisbôa, Kleber Marques
Orientador(a): Cotta, Renato Machado
Banca de defesa: Duda, Fernando Pereira, Jian, Su, Knupp, Diego Campos, Matt, Carlos Frederico Trotta
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Departamento: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
País: Brasil
Palavras-chave em Português:
Baterias de fluxo redox
Transporte de massa
Métodos híbridos
Transformação integral
Área do conhecimento CNPq:
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/13530
Resumo: Avanços na análise e nas estratégias para a melhora do transporte de massa em baterias de fluxo redox de pequena escala são aqui propostos. Com os benefícios trazidos pela miniaturização destes dispositivos, duas abordagens de redução de escala são analisadas. Em um primeiro momento, a manutenção das características construtivas de uma bateria de fluxo com membrana seletiva de íons, miniaturizando apenas seus componentes, é considerada. Uma nova geometria de redes fluídicas com canais de paredes corrugadas é proposta e a análise teórico-experimental mostra sua superioridade em relação a um caso de referência limitado pela difusão. Com a melhoria do transporte de massa, densidades de potência de até 1.3 W/cm², entre as maiores já reportadas, são obtidas. A alternativa de baterias de fluxo co-laminares sem membrana é explorada. Dispositivos com eletrodos sólidos planos ou corrugados e eletrodos porosos de carbono em configuração flow-by são analisados do ponto de vista do transporte de massa através da transformação integral, para a qual avanços na solução das equações de Navier-Stokes também são feitos. A influência dos diferentes parâmetros de projeto na densidade de corrente, na conversão de reagentes e na prevenção do fenômeno de mistura de potenciais é avaliada. As estratégias focadas no aumento da razão área volume nestes dispositivos se mostram capazes de melhorar consideravelmente o desempenho do transporte de massa em baterias de fluxo sem membrana.
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Com a melhoria do transporte de massa, densidades de potência de até 1.3 W/cm², entre as maiores já reportadas, são obtidas. A alternativa de baterias de fluxo co-laminares sem membrana é explorada. Dispositivos com eletrodos sólidos planos ou corrugados e eletrodos porosos de carbono em configuração flow-by são analisados do ponto de vista do transporte de massa através da transformação integral, para a qual avanços na solução das equações de Navier-Stokes também são feitos. A influência dos diferentes parâmetros de projeto na densidade de corrente, na conversão de reagentes e na prevenção do fenômeno de mistura de potenciais é avaliada. As estratégias focadas no aumento da razão área volume nestes dispositivos se mostram capazes de melhorar consideravelmente o desempenho do transporte de massa em baterias de fluxo sem membrana.Progress in the analysis and on strategies to improve the mass transport in smallscale redox flow batteries is made. With the benefits brought by miniaturization of such devices, two scale-reduction approaches are analysed. Firstly, the same constructive characteristics of a membrane-based flow battery are maintained, solely miniaturizing its components. A new geometry for fluidic networks with corrugated wall channels is proposed and the theoretical-experimental analysis show its superiority against a diffusion-limited benchmark case. With the improvement in the mass transport, power densities of up to 1.3 W/cm², amongst the highest ever reported, are attained. The membraneless co-laminar flow battery alternative is explored. Devices employing both flat or corrugated solid electrodes and porous carbon electrodes in flow-by configuration are analyzed from the mass transport standpoint through integral transform, for which progress in the solution of the Navier-Stokes equations are also done. The influence of the diferente design parameters in the current density, reactants conversion and mixed potential avoidance is evaluated. The strategies focused on increasing the area-volume ratio has rendered marked improvements on the membaneless flow battery mass-transport-related performanceSubmitted by Taís Silva (taismoreira001@gmail.com) on 2021-01-19T23:01:03Z No. of bitstreams: 1 KleberMarquesLisboa.pdf: 6861046 bytes, checksum: 0c187e9a7157c7fc7b9d5b85bf92890f (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-19T23:01:03Z (GMT). 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