Development of 2d metallic nanomaterials for nanofluids with application in concentrating solar power (desarrollo de nanomateriales 2d metálicos para nanofluidos con aplicación en energía solar de concentración)

The cost-effective optimisation of renewable power generation systems is a must in the present context of a global climate crisis and a growing demand for reliable, affordable and clean power supply. Reliability is a challenging issue for renewable technologies like photovoltaics, which produces electricity under ceaseless solar irradiation and therefore suffers of daily intermittency. The integration of concentrated solar power plants in hybrid power blocks has been proposed as a solution for this intermittency by taking advantage of thermal energy storage to maintain production and compensate the supply. A limitation for this solution is the low solar-to-thermal energy conversion due to the poor thermophysical properties of the typical heat transfer fluid flowing through solar collectors. The use of nanofluids as has been proposed to improve this conversion. This thesis aims to provide knowledge and understanding of the Physical Chemistry of nanofluids, with particular attention to features and processes that determine their stability and heat transfer and storage capabilities. Here Pd nanoplate-containing aromatic oil-based nanofluids have been prepared and characterised through different techniques to assess their applicability as volumetric absorbers and heat transfer fluids in parabolic trough collectors of concentrating solar power plants. A significant contribution from this thesis refers to the influence of the structure and dynamics of solid-liquid interfaces on the physical properties of nanofluids on the basis of simulations at the density functional theory and molecular dynamics levels-of-theory. The findings presented are expected to have both practical and fundamental implications on future research. --- La optimizacion del rendimiento de los sistemas de produccion electrica renovable es una necesidad en el contexto actual, caracterizado por una crisis climatica global y una creciente demanda por un suministro electrico fiable, rentable y limpio. La fiabilidad es un tema desafiante para algunas tecnologias renovables como la fotovoltaica, que producen electricidad unicamente bajo irradiacion solar incesante y sufre, por tanto, de intermitencia diaria. La inclusion de plantas de energia solar de concentracion en bloques hibridos de potencia constituye una prometedora solucion para esta intermitencia, por aprovechamiento del almacenamiento termico de energia para mantener la produccion y compensar el suministro. Una limitacion de esta solucion es la baja eficiencia de la conversion solar-termica por las deficientes propiedades termofisicas del fluido de transferencia de calor que circula a traves de los colectores solares. Se propone el uso de nanofluidos para mejorar la eficiencia de conversion. Esta tesis pretende aportar conocimiento y comprension sobre la Quimica Fisica de los nanofluidos, con particular atencion a todos aquellos aspectos y procesos que determinan su estabilidad y aptitud para la transferencia y almacenamiento de calor. Se han preparado nanofluidos con nanoplates de Pd en un aceite aromatico y se han caracterizado mediante diferentes tecnicas para evaluar su aplicabilidad como absorbedores volumetricos y fluidos transferentes de calor en colectores cilindro-parabolicos de plantas de energia solar de concentracion. Una contribucion significativa de esta tesis se refiere a la influencia de la estructura y dinamica de la interfase solido-liquido en las propiedades fisicas de los nanofluidos, en base a simulaciones desarrolladas en el contexto de la Teoria del Funcional de la Densidad y de la Dinamica Molecular. Se espera que los hallazgos que aqui se presentan tengan implicaciones practicas y fundamentales en investigaciones futuras.