8 de septiembre de 2016

Un horno de convección cocina de forma más uniforme debido a que un ventilador crea un flujo constante de aire caliente alrededor de la comida que se cocina. El grupo de investigación de Fikile R. Brushett, Raymond A. (1921) and Helen E. St. Laurent Docente en Desarrollo de Ingeniería Química, aplica este principio a un nuevo diseño de batería basada en agua que bombea un flujo constante de carga con iones a través de la batería para crear una distribución más uniforme de iones en la celda.

«Vamos a fabricar una batería acuosa que sea segura, barata y ampliable», dice Victoria Yao, estudiante en el MPC-CMSE (Centro de Tratamiento de Materiales - Centro de Ciencia de los Materiales e Ingeniería) Centro de Verano en el Grupo de Investigación Brushett. Una estudiante en ascenso en Vanderbilt University, Yao se va a graduar en Ingeniería Química. Este verano trabajó con el graduado Thomas J. Carney para desarrollar una batería de pila de convección, en la que los electrolitos fluirían a través de material de electrodo, en lugar de permanecer estáticos como en las baterías convencionales.

Materiales azules de Prusia

Durante sus prácticas en el grupo Brushett, Yao sintetizó material de electrodo de la misma familia química que el azul de Prusia, que se usa normalmente para teñir tejido y dar color al maquillaje, por ejemplo, a la sombra de ojos. El azul de Prusia es el nombre común de ferrocianuro férrico, pero al contrario que algunos compuestos de cianuro altamente tóxicos, el azul de Prusia se considera no tóxico e incluso se ingiere para tratar el envenenamiento por radiación.

Yao creó materiales como el azul de Prusia en una solución líquida de nitratos metálicos, añadiendo el compuesto químico hexacianoferrato de potasio para provocar los compuestos deseados, como el hexacianoferrato de cobre. Un compuesto inorgánico, el tiosulfato de sodio, se añade para agrandar las partículas y cambiar la cantidad de energía almacenada en el material. Después, separó las partículas con un filtro o centrifugadora. Una vez secas, las partículas coloridas se mezclaron con aditivos para hacer «tintas» que puedan gotear de forma precisa en papel carbón para formar electrodos finos para pruebas de batería. «Inmediatamente después de hacer la tinta, hay que pipetearla en papel carbón, dejarla secar y después quitar cualquier contaminante al vacío», dice Yao.

Estas finas celdas de electrodo se probaron en un reactor de flujo continuo (una instalación de componentes de vidrio en configuración «H») que funciona durante horas sin descanso, a veces por la noche, para recoger suficientes datos para medir su capacidad y eficacia. En el reactor, los electrodos de papel carbón se sitúan en los tubos de vidrio verticales con una solución de cloruro de sodio (sal fina) que conecta a ambas por el medio. Después de añadir un electrodo de referencia, Yao hirvió gas argón mediante el modo experimental.

«He hecho diferentes polvos y probado sus propiedades de almacenamiento de energía con electrodos finos», dice.

Después de hacer y probar los electrodos finos, Yao planeó mover para producir electrodos con poros gruesos, que podrían producir una mayor densidad energética. Estos electrodos gruesos necesitan más materia prima, que se comprime en gránulos.

Al presentar este proyecto, llamado Convección Mejorada de Almacenamiento Electroquímico de Energía, a los estudiantes en junio, Brushett dijo «Tenemos una prueba de concepto, y estamos muy emocionados. Idealmente, nos gustaría traducir este dispositivo de prueba en un pequeño envase de celda de flujo con electrodos de poros gruesos y bombear electrolitos a través del reactor... y entonces tendríamos nuestra batería de convección».