As baterias de fluxo à base de água são atraentes para armazenar energia renovável em áreas urbanas, pois não utilizam terras raras e materiais tóxicos. No entanto, também apresentam algumas desvantagens – como densidade de energia muito baixa e baixas taxas de carga e descarga – que limitam a sua aplicação generalizada.
Para resolver esta questão, David Robber, pesquisador dos Laboratórios Federais de Ciência e Tecnologia de Materiais (EMPA) da Suíça, está tentando desenvolver uma bateria de fluxo híbrida e uma bateria de íons de lítio.
Ao contrário das baterias convencionais de íon-lítio, as baterias de fluxo redox armazenam energia não em eletrodos sólidos, mas em tanques contendo soluções eletrolíticas líquidas. O processo de carga e descarga ocorre através de uma célula eletroquímica, com os eletrólitos sendo bombeados através dela.
Embora as baterias líquidas não sejam práticas para uso em telefones celulares, laptops ou carros, elas são altamente promissoras para soluções de armazenamento estacionário. Como a energia é armazenada fora da célula real, as baterias de fluxo podem ser dimensionadas de maneira fácil e precisa. Uma célula eletroquímica maior faz com que a bateria carregue e descarregue mais rapidamente, enquanto tanques eletrolíticos maiores permitem o armazenamento de mais energia.
Outro ponto para baterias de fluxo: se forem usados eletrólitos à base de água, eles são basicamente não inflamáveis, ao contrário das baterias convencionais de íons de lítio. No entanto, a tecnologia ainda não pegou.
“As baterias de fluxo têm uma densidade de energia cerca de dez vezes menor do que as baterias feitas de materiais de armazenamento sólidos”, ele explica. Quanto mais material de armazenamento puder ser dissolvido no eletrólito, maior será a densidade de energia de uma bateria de fluxo. “No entanto, altas concentrações engrossam a solução e é necessária muito mais energia para bombeá-la através da célula”, David Robber diz.
O pesquisador quer desenvolver um híbrido de bateria de fluxo e bateria de íon-lítio, adicionando materiais de armazenamento sólidos ao tanque da bateria de fluxo.
“Se o material dissolvido e o material de armazenamento sólido forem precisamente combinados, eles poderão transferir energia entre si”, Reber elabora. “Isso permite que a escalabilidade das baterias de fluxo seja combinada com a alta densidade de energia das baterias com materiais de armazenamento sólidos.”
Para isso, o pesquisador primeiro precisa encontrar pares adequados de materiais que possibilitem a troca de energia e ao mesmo tempo permaneçam estáveis por um longo período de tempo. Idealmente, uma bateria de fluxo redox deve poder operar por cerca de 20 anos.
Uma das ideias de Reber é usar um quelato como material de armazenamento dissolvido: uma molécula orgânica com vários braços que “envolve” um íon metálico. Dependendo de quantos braços a molécula orgânica – o ligante – possui, o potencial redox muda.
Reber já conduziu pesquisas sobre baterias de fluxo redox à base de quelato durante seu período de pós-doutorado na Universidade do Colorado em Boulder. No final do período de quatro anos de financiamento da Ambizione, Reber espera ter uma bateria que funcione bem com armazenamento sólido adicional.
“Se esta abordagem funcionar, as aplicações potenciais serão muito diversas”, ele diz. Por exemplo, baterias de fluxo compacto com formato flexível seriam muito mais fáceis de integrar em áreas urbanas. “Só seriam necessárias bombas e alguns canos”, acrescenta o pesquisador.
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