[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.

[es] La creciente demanda mundial de fuentes de energía renovable en la red eléctrica creó la necesidad de introducir sistemas de almacenamiento de energía (ESS) a gran escala, baterías de flujo redox (RFB). La batería de flujo redox de yoduro de zinc (ZIFB) exhibe un gran potencial para ESS a gran escala de alta densidad de energía. Sin embargo, su uso práctico sigue estando limitado por la mala ciclabilidad, la baja densidad de corriente y la pérdida de capacidad, debido al recubrimiento/desprendimiento irreversible de Zn y la cinética lenta de las reacciones redox. En este contexto, el objetivo de esta tesis es diseñar un ZIFB con la mejora en la química del ánodo y el electrolito, centrándose en densidades de corriente más bajas, adecuado para combinar con el sistema fotovoltaico. Para lograr estos objetivos, la tesis se estructura en 7 capítulos principales. El Capítulo 1 presenta el contexto general, los antecedentes y la motivación de la investigación sobre los OPR. En el capítulo 2 se describe la preparación de materiales, métodos experimentales aplicados en esta tesis. Los siguientes capítulos se centran en los principales resultados obtenidos, la Parte I se centra en las mejoras del rendimiento electroquímico de ZIFB (Capítulos 3-5). La Parte II (Capítulos 6 y 7) se centra en la fotocarga imparcial de los RFB, desde la batería de flujo redox de vanadio (VRFB) hasta el ZIFB, optimizado en la Parte I. En el Capítulo 3, entre la exploración de diferentes ánodos carnonáceos, se encontró que la lámina de grafito es el ánodo mejor optimizado, exhibiendo una excelente eficiencia general (~80 %) como resultado de un revestimiento/desprendimiento de Zn eficiente. La observación indicó que varios factores influyen en el recubrimiento/desprendimiento de Zn eficiente, como la estructura física de los ánodos, la humectabilidad del electrolito y la conductividad eléctrica. Los capítulos 4 y 5 están dedicados a la mejora de la química de electrolitos. Un problema importante en el ciclo de RFB es la migración de agua entre electrolitos de media celda, que se resolvió en el Capítulo 4. Los resultados experimentales del modelo propuesto de equilibrio de concentraciones molares de electrolitos mostraron que ZIFB ciclado con electrolito sintonizado suprimió 1/3 de la migración de agua, con excelente capacidad de descarga y resistencia óhmica de celda más baja. El capítulo 5 se centra en mejorar el ciclo de vida de ZIFB utilizando NaCl como electrolito de apoyo. La presencia de iones Cl- impulsó el rendimiento de ZIFB con 100 ciclos estables y una retención de capacidad del 77 %, con mejoras en la reversibilidad de las reacciones redox Zn/Zn2+ e I3-/I-. La formación del compuesto ZnCl4 soluble es el factor clave para mejorar la reversibilidad redox de Zn/Zn2+. La Parte II (Capítulos 6 y 7) está dedicada al estudio a nivel de dispositivo para alcanzar la fotocarga imparcial de los RFB solares. El capítulo 6 se centra en la integración de la celda fotovoltaica CIGS y VRFB. La fotocarga completa e imparcial logró una alta eficiencia energética (77 %), carga solar (7,5 %) y eficiencia de conversión de energía de ida y vuelta (5 %). Teniendo en cuenta los desafíos restantes de esta configuración de VRFB solar, en el Capítulo 7 se realizó la integración entre el ZIFB optimizado (de la Parte I) y una celda solar orgánica (OSC) hecha de materiales fotoabsorbentes que no dañan el medio ambiente. voltaje de carga (~ 1,3 V) de OSC, ZIFB alimentado a diferencia de VRFB (rango de voltaje de carga: 1,4-1,7 V), el ZIFB se carga hasta un 22% alimentado únicamente por OSC.