ELECTROQUÍMICA CIENCIA Y TECNOLOGÍA

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1 ELECTROQUÍMICA CIENCIA Y TECNOLOGÍA ASIGNATURA CONVERSIÓN Y ALMACENAMIENTO ELECTROQUÍMICO DE ENERGIA Pilar Ocón Esteban 1

2 PROGRAMA Tema 1. Introducción general al problema de la energía 1.1 Introducción, historia y evolución. 1.2 Dispositivos de almacenamiento Tema 2. Materiales y dispositivos con interconversión de energía química en eléctrica 2.1 Baterías y Supercondensadores Características y tipos 2.2 Pilas de combustible. Características y tipos Rendimiento de los diferentes sistemas. 2.3 Aplicaciones y estado del arte. 2

3 PROGRAMA Tema 1. Introducción general al problema de la energía 1.1 Introducción, historia y evolución. 1.2 Dispositivos de almacenamiento Tema 2. Materiales y dispositivos con interconversión de energía química en eléctrica 2.1 Baterías y Supercondensadores Características y tipos 2.2 Pilas de combustible. Características y tipos Rendimiento de los diferentes sistemas. 2.3 Aplicaciones y estado del arte. 3

4 1.1 Introducción, historia y evolución. La revolución industrial, provocó grandes cambios en los países. Gran Bretaña tuvo desarrollo precoz en el último cuarto del siglo XVIII. Las comarcas rurales comienzan a despoblarse ya que la población acudía a las industrias entendiendo este modo de ganarse la vida más segura. El rápido incremento de la población hizo que las ciudades tuvieran problemas en el abastecimiento de víveres. El fenómeno se extiende al resto de los países occidentales a medida que se propagó la revolución industrial hacia el siglo XIX. 4

5 Desarrollo de abonos y medios de transporte. James Watt ( Maquina de vapor) innovación mas importante de la revolución industrial E calorifica C E mecánica Desarrollan: Sistemas de producción industrial Tren Expansión comercio Producción y consumo de Energía nuevo factor Sector Energético basado en C No varia hasta finales del XIX Innovaciones Primeros vehículos eléctricos 1830, baterías no recargables. 1900, baterías recargables. Taxis en N.Y. Desarrollo del motor de combustión interna 1911(Coches ) La electricidad (Uso en los hogares, permite almacenamiento de alimentos). Sociedad (Domina la producción y distribución de alimentos, pero se hace dependiente de la Energía) 5

6 Toda la Energía proporcionada al hombre procede del sol y del interior de la Tierra. Las fuentes pueden clasificarse en No Renovables o fósiles: Son la principal fuente de Energía actualmente (85%) de la Energía mundial producida. Problemas de CO 2, CO. Efecto invernadero. Conservación del entorno. Renovables. Fuente ilimitada (1970) 6

7 Almacenamiento de Energía durante los periodos de bajo consumo. Posibilita el diseño de centrales mas pequeñas y de menor coste. Batería sistema de almacenamiento Transforma E química E eléctrica 7

8 GENERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA Energías renovables. Fuente ilimitada. (1970, crisis del petróleo) Concienciación sobre la conservación del medio ambiente. Se implanta la construcción de centrales nucleares. Generando Energía por fisión Uranio. Tiene éxito ya que la producción de Energía es elevado y dado que hay grandes reservas de U con la posibilidad de reciclarlo. Posibilidad de realizar proceso de fusión (ITER). 8

9 Conversión fotovoltaica de energía Energy Park at Agder College, Grimstadt, Noruega Rentable, para lugares alejados 9

10 CONVERSION Y ALMACENAMIENTO ELECTROQUIMICO DE ENERGÍA Parque eólico España: 7MW MW actuales Europa desea % del total del consumo. 10

11 Electrolisis del agua. Electrolizadores comerciales Conversión cíclica y métodos electroquímicos SOL O 2 atmósfera H 2 Electrolizador H 2 O --> H O 2 H 2 O Pila de combustible H O 2 --> H 2 O La capacidad tecnología de producir electricidad a precio competitivo está en desarrollo 11

12 CONCLUSION La Energía es el sustento para el desarrollo de la sociedad moderna El aprovechamiento de la misma y la búsqueda de Energías alternativas más limpias exigen el desarrollo de sistemas de almacenamiento de alto rendimiento versátiles y de bajo coste. 12

13 1.2 Dispositivos electroquímicos de almacenamiento de energía Baterías primarias y secundarias: convierten la energía química contenida en las materias activas en energía eléctrica mediante reacciones electroquímicas de oxidación y reducción. Supercondensadores: polarización de doble capa electroquímica en electrodos de elevada superficie específica. Pilas de combustible: son convertidores electroquímicos de energía que combinan hidrógeno y oxígeno para producir agua, electricidad y calor. 13

14 1800 E química E electrica 14

15 CÁTODO ÁNODO ÁNODO CÁTODO CONVERSIÓN Y ALMACENAMIENTO ELECTROQUIMICO DE ENERGÍA BATERIAS - FUENTE DE ALIMENTACIÓN e CARGA O SERVICIO e - + Flujo de aniones Flujo de aniones Inmovilización del electrolito Adición de sílice Flujo de cationes Flujo de cationes Flujo de cationes Flujo de cationes Electrolito CARGA Electrolito DESCARGA Ánodo Cátodo Reacciones durante la descarga Pb H SO PbSO 2H 2e 2 4 PbO2 H 2SO4 2 H 2e PbSO4 2H 2O 4 Representación de la difusión del oxígeno a través de las fisuras del gel en los últimos periodos de recarga de la batería 15

16 GENERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA SUPERCONDENSADORES La energía se acumula en la doble capa electroquímica de doselectrodos altamente porosos: condensadores de doble capa (DLC). Componentes: Electrodos: Carbón de alta superficie específica Electrolito: Acuoso (ácido), orgánico. Ventajas: Alta potencia específica Larga vida en ciclos ( ) Funcionamiento en amplio rango de temperaturas: -60 a +70ºC Inconvenientes: Baja energía específica (0.1 5 Wh/kg) Coste elevado ( /Wh, 0,03 0,08 /F) Elevada autodescarga (50%/mes) 16

17 Energía química 2H 2 +O 2 2 H 2 O Pila de combustible Energía eléctrica H 2 2H + + 2e - O 2 + 4H e - 2 H 2 O Stack E teoríco = 1.23V = f(i) Dispositivo electroquímico que convierte, la energía química de una reacción directamente en energía eléctrica, mientras que se suministre combustible y oxidante a sus electrodos, sin más limitaciones que los procesos de degradación o mal funcionamiento de los electrodos Es posible diseñar sistemas combinados de producción de calor y electricidad (CHP) basados en pilas de combustible que suministren electricidad y calor de 80 a 800ºC. 17

18 Diagrama de RAGONE 18

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