DISEÑO DE UNA CELDA TERMOGALVÁNICA A BASE DE ELECTRODOS DE CARBÓN Y FERRI/FERROCIANURO COMO PAREJA REDOX

Abstract

Las termoceldas o celdas termogalvánicas (TGC) son dispositivos que pueden trasformar el calor residual proveniente de desecho industrial o geotérmico directamente en electricidad por medio de reacciones redox en electrodos caliente y frío. En este trabajo se propuso un diseño y se construyó una TGC a base de electrodos de carbón (grafito, carbón activado) y ferri/ferrocianuro como par redox, el diseño de la celda permitió realizar múltiples pruebas al desarmarla y cambiar los electrodos así como el electrolito, para comparar los efectos que tienen estos materiales en la eficiencia de una TGC. Esta TGC permite modificar la distancia entre electrodos así como los flujos internos de la celda mediante la modificación del respectivo separador entre electrodos. La TGC fue evaluada mediante mediciones de potencial de circuito abierto a diferentes temperaturas y la construcción de curvas de polarización. Los electrodos utilizados en la TGC se construyeron a base de tela de carbón, los cuales fueron modificados mediante una activación térmica de su superficie transformándolos en electrodos de tela de carbón activado con gran área superficial. Se caracterizó la actividad electrocatalítica de los electrodos activados y sin activar utilizando voltamperometría cíclica (CV) y curvas de Tafel. Además, mediante microscopia electrónica de barrido (SEM) se evidencia la modificación superficial una vez que los electrodos fueron activados. Para describir el efecto que tiene la convección natural es decir, el flujo del fluido y los perfiles de temperatura en la potencia de la celda; se hicieron simulaciones utilizando las ecuaciones fundamentales para la transferencia de masa, calor y dinámica de fluidos mediante el software COMSOL®. Se compararon tres tipos de geometrías (placas planas, cilindros concéntricos y cilindros semicirculares) para una TGC que favorecen el trasporte de masa por convección natural y se obtuvo como mejor propuesta una configuración de cilindros semicirculares misma que muestra 1.6 veces mayor potencia de salida comparada con electrodos planos.