Mitigating the capacity loss by crossover transport in vanadium redox flow battery: A chemometric efficient strategy proposed using finite element method simulation

Autor(es)

Pilonetto, Luis Felipe ; Staciaki, Felipe ; Nobrega, Eryka ; Carneiro-Neto, Evaldo B. ; da Silva, Jeyse ; Pereira, Ernesto

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL; v. 474, p. 8-pg., 2023-10-15.

Resumo

Energy storage systems play a major role in the energy transition. Among them, vanadium redox flow batteries are a promising alternative to conventional batteries, which due to their design can be scaled, and it is possible to decouple power and energy density. However, the transport of electroactive species through the membrane (cross-contamination) reduces the capacity and useful life of these batteries. In this work, computational simulation was performed using the finite element method coupled to chemometric analysis to develop a mitigation strategy to decrease the vanadium redox flow batteries capacity loss by cross contamination. This study can be divided into two stages. Initially, a 23 full factorial design was performed to evaluate and determine the effect of different variables: current density, active species concentration, and volumetric flow on the loss of capacity of vanadium redox flow batteries. In the second stage, a Doehlert design was performed with current density, the concentration of active species, and the volumetric flow between electrolyte tanks as variables to obtain the optimum conditions that minimize capacity loss. The results show that the current density and the concentration of active species are the main variables that affect capacity loss in vanadium redox flow batteries. The proposed approach successfully mitigated the cross-contamination in different combinations of current density and concentration of active species providing an optimal flow between electrolyte tanks for different operating conditions. (AU)

• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 21/03592-2 - Modelagem e simulação de dispositivos eletroquímicos por elementos finitos
• Beneficiário: Evaldo Batista Carneiro Neto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 19/27029-5 - Carboxilação eletroquímica de moléculas orgânicas para a formação de produtos de alto valor agregado
• Beneficiário: Jeyse Tawana da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 21/11630-1 - Desenvolvimento de novos materiais e métodos para dessalinização capacitiva
• Beneficiário: Felipe Staciaki da Luz
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 19/11095-9 - Desenvolvimento de novos pares redox orgânicos e sua utilização em baterias de fluxo
• Beneficiário: Luis Felipe Pilonetto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 22/05254-0 - Redução eletroquímica de dióxido de carbono visando a síntese de precursores de materiais poliméricos
• Beneficiário: Eryka Thamyris Damascena Nobrega Cavalcanti
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs