Síntesis y estudio de tetracloroferratos híbridos para almacenamiento térmico mediante electrotermia

Abstract

[Resumen] El creciente uso de la energía pone de manifiesto lo importante que es encontrar nuevas fuentes que aporten una mayor sostenibilidad que los combustibles fósiles. Las energías renovables son un posible candidato, pero poseen desventajas en el proceso de almacenamiento de energía. Debido a esto, se han desarrollado los sistemas de Almacenamiento de Energía Térmica (TES). Entre estas tecnologías destaca la de Almacenamiento de Calor Latente (LHS), que consiste en el almacenamiento de energía mediante el uso de Materiales con Cambio de Fase (PCM). En este trabajo se sintetizaron tres materiales con cambio de fase pertenecientes a la familia de los tetracloroferratos híbridos orgánico-inorgánicos, de fórmula general [(C3H7)3(CH2X))N][FeCl4], donde X=Cl, Br, I. Al estudiar sus propiedades térmicas se determinó que los tres materiales poseen gran capacidad para almacenar energía, al presentar altos valores de entalpía (superiores en los tres casos a 40 J/g). Además, se seleccionó el compuesto con X=Cl, debido a que tiene una temperatura de transición de fase inferior a los otros dos (con X=Br, I), para testear su capacidad de almacenamiento de energía mediante electrotermia (calentándolo mediante el paso de una corriente eléctrica). Al preparar un composite depositando correctamente el compuesto [(C3H7)3(CH2Cl)N][FeCl4] sobre un tejido conductor de fibras carbonosas, se comprobó que es capaz de transformar energía eléctrica en térmica, almacenarla y posteriormente liberarla, por lo que se considera un material susceptible de almacenar por efecto Joule pérdidas de energía de dispositivos eléctricos.[Resumo] O crecente uso da enerxía pon de manifesto o importante que é atopar novas fontes que acheguen unha maior sustentabilidade que os combustibles fósiles. As enerxías renovables son un posible candidato, pero posúen desvantaxes no proceso de almacenamento de enerxía. Debido a isto desenvolvéronse os sistemas de Almacenamento de Enerxía Térmica (TES). Entre estas tecnoloxías destaca a de Almacenamento de Calor Latente (LHS), que consiste no almacenamento de enerxía mediante o uso de Materiais con Cambio de Fase (PCM). Neste traballo sintetizáronse tres materiais con cambio de fase pertencentes á familia dos tetracloroferratos híbridos orgánico-inorgánico, de fórmula xeral [(C3H7)3(CH2X)N][FeCl4], onde X=Cl, Br, I. Ao estudar as súas propiedades térmicas determinouse que os tres materiais posúen gran capacidade para almacenar enerxía, ao presentar altos valores de entalpía (superiores nos tres casos a 40 J/g). Ademais, seleccionouse o composto con X=Cl, debido a que ten unha temperatura de transición de fase inferior aos outros dous (con X=Br, I), para testear a súa capacidade de almacenamento de enerxía mediante electrotermia (quentándoo mediante o paso dunha corrente eléctrica). Ao preparar un composite depositando correctamente o composto [(C3H7)3(CH2Cl))N][FeCl4] sobre un tecido condutor de fibras carbonosas, comprobouse que é capaz de transformar enerxía eléctrica en térmica, almacenala e posteriormente liberala, polo que se considera un material susceptible de almacenar por efecto Joule perdas de enerxía de dispositivos eléctricos.[Abstract] The increasing use of energy highlights the importance of finding new sources that provide greater sustainability than fossil fuels. Renewable energies are a potential candidate, but they have disadvantages in the energy storage process. Due to this, Thermal Energy Storage (TES) systems have been developed. Latent Heat Storage (LHS), which involves storing energy using Phase Change Materials (PCM) stands out among those technologies, In this work, three phase change materials belonging to the family of hybrid organicinorganic tetrachloroferrates were synthesized, with the general formula [(C3H7)3(CH2X)N][FeCl4], where X = Cl, Br, I. Upon studying their thermal properties, it was determined that all three materials have a great capacity for energy storage, exhibiting high enthalpy values (exceeding 40 J/g in all cases). Additionally, the compound with X = Cl was selected because it has a lower phase transition temperature compared to the other two (with X = Br, I), to test its energy storage capacity through electrothermal methods (heating it by passing an electric current). By preparing a composite correctly depositing the compound [(C3H7)3(CH2Cl))N][FeCl4] on a conductive fabric made of carbon fibers, it was confirmed that it is capable of transforming electrical energy into thermal energy, storing it, and subsequently releasing it. Therefore, it is considered a material capable of storing energy losses from electrical devices via the Joule effect.