[ca] La creixent demanda global de fonts d'energia renovables a la xarxa elèctrica va crear la necessitat d'introduir sistemes d'emmagatzematge d'energia a gran escala (ESS), bateries de flux redox (RFB). La bateria de flux redox de iodur de zinc (ZIFB) presenta un gran potencial per a ESS a gran escala d'alta densitat d'energia. No obstant això, el seu ús pràctic encara està limitat per la mala ciclabilitat, la baixa densitat de corrent i la pèrdua de capacitat, a causa del revestiment / decapament de Zn irreversible, la cinètica lenta de les reaccions redox. En aquest context, l'objectiu d'aquesta tesi és dissenyar un ZIFB amb la millora de la química de l'ànode i l'electròlit, centrant-se en densitats de corrent més baixes, apte per combinar amb un sistema fotovoltaic. Per assolir aquests objectius, la tesi s'estructura en 7 capítols principals. El capítol 1 presenta el context general, els antecedents i la motivació de la recerca sobre els RFB. El capítol 2 descriu la preparació dels materials, mètodes experimentals aplicats en aquesta tesi. Els capítols següents se centren en els principals resultats obtinguts, la part I se centra en les millores del rendiment electroquímic de ZIFB (Capítols 3-5). La part II (Capítols 6 i 7) se centra en la fotocàrrega imparcial dels RFB, començant des de la bateria de flux redox de vanadi (VRFB) fins al ZIFB, optimitzat a la part I. Al capítol 3, entre l'exploració de diferents ànodes carnàcies, es va trobar la làmina de grafit com el millor ànode optimitzat, que presentava una excel·lent eficiència global (~ 80%) com a resultat d'un revestiment / desmuntatge eficient de Zn. L'observació va afirmar que diversos factors influeixen en el revestiment / decapament eficient de Zn, com ara l'estructura física dels ànodes, la humectabilitat dels electròlits i la conductivitat elèctrica. Els capítols 4 i 5, estan dedicats a la millora de la química dels electròlits. Un problema important en el cicle de RFB és la migració d'aigua entre electròlits de mitja cèl·lula, que es va resoldre al capítol 4. Els resultats experimentals del model proposat d'equilibrar les concentracions molars d'electròlits van mostrar que ZIFB ciclada amb electròlit ajustat suprimia 1/3 de la migració de l'aigua, amb una excel·lent capacitat de descàrrega i la menor resistència ohmica de la cel·la. El capítol 5 se centra a millorar la vida del cicle de ZIFB utilitzant NaCl com a electròlit de suport. La presència d'ions Cl- va augmentar el rendiment del ZIFB amb 100 cicles estables i una retenció de capacitat del 77%, amb millores en la reversibilitat de les reaccions redox Zn/Zn2+ i I3-/I-. La formació del compost ZnCl4 soluble és el factor clau per a la millora de la reversibilitat redox Zn/Zn2+. La part II (Capítols 6 i 7) està dedicada a l'estudi a nivell de dispositiu per aconseguir una fotocàrrega imparcial dels RFB solars. El capítol 6 se centra en la integració de la cèl·lula fotovoltaica CIGS i VRFB. La fotocàrrega totalment imparcial va aconseguir una alta eficiència energètica (77%), una càrrega solar (7,5%) i una eficiència de conversió d'energia d'anada i tornada (5%). Tenint en compte els reptes restants d'aquesta configuració de VRFB solar, es va realitzar la integració entre el ZIFB optimitzat (de la part I) i una cèl·lula solar orgànica (OSC) feta de materials fotoabsorbents respectuosos amb el medi ambient al capítol 7. Gràcies a la tensió de càrrega (~ 1,3 V) d'OSC, alimentat amb ZIFB a diferència de VRFB (rang de tensió de càrrega: 1,4-1,7 V), el ZIFB es va carregar fins a un 22% només alimentat per OSC.

[en] The globally increasing demand of renewable energy sources into the electricity grid created the need to introduce large-scale energy storage systems (ESS), redox flow batteries (RFBs). Zinc-iodide redox flow battery (ZIFB) exhibits a great potential for high energy density large-scale ESS. However, their practical use is still limited by poor cyclability, low current density, and capacity loss, due to irreversible Zn plating/stripping, slow kinetics of the redox reactions. In this context, the aim of this thesis is to design a ZIFB with the improvement on the anode and electrolyte chemistry, focusing on lower current densities, suitable for matching with photovoltaic system. To achieve these objectives, the thesis is structured in 7 main chapters. Chapter 1 presents the general context, background and motivation of the research on RFBs. Chapter 2 describes the materials preparation, experimental methods applied in this thesis. The following chapters are focused on the main results obtained, Part I is focused on the electrochemical performance improvements of ZIFB (Chapters 3-5). Part II (Chapters 6 and 7) is focused on the unbiased photocharge of RFBs, starting from vanadium redox flow battery (VRFB) to the ZIFB, optimised in Part I. In Chapter 3, among exploration of different carnonaceous anodes, graphite foil was found as the best optimised anode, exhibiting excellent overall efficiency (~80%) as a result of efficient Zn plating/stripping. The observation stated that several factors influence the efficient Zn plating/stripping, such as physical structure of anodes, electrolyte wettability, and electrical conductivity. Chapter 4 and 5, are devoted to the improvement of the electrolyte chemistry. A major issue in RFB cycling is water migration between half-cell electrolytes, which was resolved in Chapter 4. The experimental results of the proposed model of balancing molar concentrations of electrolytes showed that ZIFB cycled with tuned electrolyte suppressed 1/3 of water migration, with excellent discharge capacity and lowest cell ohmic resistance. Chapter 5 focuses on enhancing the cycle life of ZIFB using NaCl as supporting electrolyte. The presence of Cl- ions boosted the ZIFB performance with 100 stable cycles and 77% capacity retention, with improvements in the reversibility of Zn/Zn2+ and I3-/I- redox reactions. Formation of the soluble ZnCl4 compound is the key factor for the improvement of Zn/Zn2+ redox reversibility. Part II (Chapters 6 and 7), is dedicated to the device-level study to reach unbiased photocharge of solar RFBs. Chapter 6 is focused on the integration of the CIGS PV cell and VRFB. Full unbiased photocharge achieved high energy efficiency (77%), solar-to-charge (7.5%), and round-trip energy conversion efficiency (5%). Taking into account the remaining challenges from this solar VRFB set-up, the integration was performed between the optimised ZIFB (from Part I) and an organic solar cell (OSC) made of environment-friendly photoabsorber materials in Chapter 7. Thanks to the stable charging voltage (~1.3 V) of OSC, powered ZIFB unlike VRFB (charge voltage range: 1.4-1.7 V), the ZIFB charged up to 22% solely powered by OSC.