Desarrollo de electrodos nanoestructurados y membranas de intercambio catiónico nanocomposite para su integración a una pila de electrodiálisis reversa

Abstract

La electrodiálisis reversa (RED) es una tecnología que convierte parte de la energía de gradiente salino en electricidad, utilizando membranas de intercambio iónico y reacciones redox. Sin embargo, aunque el uso de materiales comerciales ha sido una opción eficaz hasta ahora, el desarrollo de materiales diseñados para esta tecnología resulta un reto pendiente para incrementar la producción energética mediante RED y su competitividad frente a otras energías renovables. Esta tesis propone abordar este reto desde dos aspectos clave del proceso: los electrodos y las membranas. A través de un análisis electroquímico se estudió la cinética de la reacción redox del par [Fe(CN)6]−4/[Fe(CN)6]−3 usando materiales basados en carbón negro poroso. A su vez, el desarrollo de una membrana de intercambio catiónico nanocomposite basada en nanopartículas funcionalizadas de SiO2 dio como resultado un incrementó en el desempeño energético de una pila de RED a escala laboratorio.

Reverse electrodialysis (RED) is a technology that harnesses salinity gradient energy to generate electricity through ion-exchange membranes and redox reactions. While commercial materials have proven effective to date, developing materials tailored specifically for this technology remains a key challenge to improve power production through RED and make it more competitive with other renewable energy technologies. This thesis addresses this challenge by focusing on two fundamental aspects of the process: electrodes and membranes. An electrochemical analysis was conducted to study the kinetics of the [Fe(CN)6]−4/[Fe(CN)6]−3 redox coupleusing porous carbon black–based materials. Moreover, the development of a nanocomposite cation-exchange membrane incorporating functionalized SiO2 nanoparticles resulted in enhanced energy performance of a laboratory−scale RED stack.