Energia

Bateria de fluxo orgânica é nova promessa da energia renovável

Bateria de fluxo orgânica é nova promessa da energia renovável
Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos, em vez de dentro do próprio recipiente da bateria. [Imagem: Eliza Grinnell/Harvard SEAS]

Reservas de energia

Tem havido muitas promessas, mas poucas realizações efetivas, no campo das baterias.

Além dos carros elétricos, há um sentido de urgência na busca de soluções para o armazenamento das fontes renováveis de energia, que permitam manter o abastecimento à rede elétrica quando o vento não está soprando ou o sol não está brilhando.

Pesquisadores da Universidade de Harvard, nos Estados Unidos, acabam de classificar mais um participante para a final dessa corrida.

Eles construíram uma bateria de fluxo baseada em moléculas orgânicas, eliminando a necessidade dos metais que encarecem a tecnologia.

A bateria de fluxo sem metais baseia-se na eletroquímica de pequenas moléculas naturalmente abundantes, baratas e orgânicas (à base de carbono) chamadas quinonas, que são similares às moléculas que armazenam energia nas plantas e animais.

Baterias de fluxo

Baterias de fluxo armazenam energia em fluidos químicos contidos em tanques externos - como nas células de combustível - em vez de dentro do próprio recipiente da bateria.

Os dois componentes principais - o equipamento de conversão eletroquímica por onde os fluidos correm (o que define a potência de pico da bateria), e os tanques de armazenamento dos compostos químicos (que definem a capacidade de carga) - podem ser dimensionados de forma independente.

Assim, a quantidade de energia que pode ser armazenada é limitada apenas pelo tamanho dos tanques, o que permite que grandes quantidades de energia sejam armazenadas a um custo menor do que com as baterias tradicionais.

Por exemplo, para armazenar 50 horas de energia de uma turbina eólica com capacidade de 1 megawatt (50 megawatts-hora), uma possível solução seria comprar baterias tradicionais com 50 megawatts-hora de capacidade, mas elas viriam com 50 megawatts de capacidade de energia - pagar por 50 megawatts de capacidade de energia quando apenas 1 megawatt é necessário faz pouco sentido.

Por esta razão, inúmeras equipes ao redor do mundo focaram sua atenção na tecnologia das baterias de fluxo. Mas, até agora, elas têm esbarrado em produtos químicos caros ou difíceis de manipular, elevando os custos de armazenamento de energia.

Bateria de fluxo orgânica é nova promessa da energia renovável
A quantidade de energia que pode ser armazenada é limitada apenas pelo tamanho dos tanques. [Imagem: Brian Huskinson et al./Nature]

Bateria de fluxo orgânicas

Os componentes ativos dos eletrólitos na maioria das baterias de fluxo têm sido metais, sendo o vanádio utilizado nas versões mais avançadas. Embora eficiente, o vanádio é muito caro, estabelecendo um patamar de custo por quilowatt-hora muito elevado.

A nova bateria de fluxo baseada em materiais orgânicos elimina a necessidade do vanádio, sem voltar a depender dos eletrocatalisadores de metais preciosos, como a platina.

"Com as moléculas orgânicas, introduzimos um novo e vasto conjunto de possibilidades. Algumas delas serão ruins, mas outras serão realmente boas. Com estas quinonas, temos as primeiras que parecem ser muito boas," conta o professor Roy Gordon, um dos envolvidos no trabalho.

Quinonas

Para selecionar as melhores moléculas, a equipe está utilizando um grande banco de dados, já tendo analisado mais de 10.000 moléculas.

As quinonas são abundantes no petróleo bruto, assim como nas plantas verdes - a molécula que a equipe usou é quase idêntica à que se encontra no ruibarbo.

As melhores renderam baterias de fluxo que resistiram, até o momento da publicação dos primeiros resultados, a pelo menos 100 ciclos de carga e descarga.

A equipe está também trabalhando na questão da segurança das baterias de fluxo orgânicas: as quinonas são dissolvidas em água para que não peguem fogo.

Bibliografia:

A metal-free organic-inorganic aqueous flow battery
Brian Huskinson, Michael P. Marshak, Changwon Suh, Süleyman Er, Michael R. Gerhardt, Cooper J. Galvin, Xudong Chen, Alán Aspuru-Guzik, Roy G. Gordon, Michael J. Aziz
Nature
Vol.: 505, 195-198
DOI: 10.1038/nature12909




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