Caracterización electroquímica de electrodos cerámicos y aplicación al desarrollo de baterías de flujo redox y a la eliminación de contaminantes emergentes

2024

AGENCIA ESTATAL DE INVESTIGACION

INV. COMPETITIVA PROYECTOS

Pérez Herranz Valentín

Este proyecto coordinado se centra en el desarrollo de electrodos cerámicos conductores de la electricidad basados en SnO2 dopado con Sb para su aplicación en procesos de fotoelectrooxidación y en baterías de flujo redox. El punto de partida es un proyecto previo en el que se desarrollaron electrodos cerámicos para la eliminación de contaminantes emergentes mediante fotoelectrooxidación y electrofiltración. En el presente proyecto, por un lado, los electrodos cerámicos basados en SnO2 serán recubiertos con otro tipo de materiales con el objeto de mejorar su comportamiento: óxidos mixtos de bismuto como BiPO4, BiVO4, Bi2WO6 o gamma-Bi2MO6 para ser utilizados como fotoelectrocatalizadores. Estos electrodos se aplicarán a la eliminación de contaminantes emergentes, que constituyen una amenaza creciente en las aguas, amenaza para la cual las plantas de tratamiento de aguas residuales actuales no están bien adaptadas. Por otro lado, teniendo en cuenta que el SnO2 es un excelente catalizador para las reacciones redox del vanadio y que el dopaje con Sb mejora el rendimiento electrocatalítico del SnO2, estos materiales cerámicos se aplicarán por primera vez como electrodos en baterías de flujo redox de todo vanadio y en baterías de flujo redox de todo hierro. En este sentido, el Sb puede aumentar significativamente la conductividad del SnO2, lo que puede impulsar la transferencia de electrones para las reacciones redox. Además, el Sb no tiene ningún efecto sobre la buena hidrofilia del SnO2, lo que mejora la transferencia de materia en las reacciones redox del vanadio. La composición de los electrodos se optimizará con el fin de mejorar su actividad catalítica para las reacciones redox de ambos tipos de baterías. Por otro lado, se optimizará la microestructura de los electrodos para lograr una alta superficie específica, manteniendo una alta permeabilidad. Todos los electrodos cerámicos se caracterizarán mediante técnicas electroquímicas como la voltametría y la espectroscopia de impedancias electroquímicas. En el caso de los fotoelectrodos, además, la cronoamperometría con pulsos de luz y la voltametría bajo iluminación permitirán calcular la relación fotón incidente / electrón convertido. Así mismo, se utilizará el análisis de Mott-Schottky para determinar el potencial de banda plana, la densidad de dopaje o la capacitancia de Helmholtz. Los fotoelectrodos con mejores propiedades después de su caracterización electroquímica serán aplicados a la degradación y eliminación de contaminantes emergentes y refractarios, mediante fotoelectrooxidación. Se determinarán las condiciones de operación para lograr la máxima tasa de purificación a partir de los experimentos previos de caracterización. Por otro lado, los electrodos basados en SnO2 dopado con Sb con las mejores propiedades en cuanto a las reacciones redox del vanadio y del hierro se utilizarán para obtener las curvas de carga y descarga en una celda dinámica. Se estimará la eficacia de corriente durante los procesos de carga y descarga, así como la eficiencia energética. La información obtenida servirá para mejorar el diseño de los componentes cerámicos y así mejorar su rendimiento. La culminación exitosa del proyecto brindará nuevas posibilidades para la mineralización de contaminantes emergentes y refractarios por fotoelectrooxidación y para el desarrollo de baterías de flujo redox, gracias a los componentes cerámicos optimizados para estos procesos.