Uma bateria incrível promete ser durável por décadas

Pesquisadores da Escola John A. Paulson de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard (SEAS) desenvolveram uma nova bateria de fluxo que armazena energia em moléculas orgânicas dissolvidas em água com pH neutro. Esta nova química permite uma bateria não tóxica, não corrosiva,  com uma vida útil excepcionalmente longa e oferece o potencial para diminuir significativamente os custos de produção.

A pesquisa, publicada na ACS Energy Letters, foi liderada por Michael Aziz, professor de Materiais e Tecnologias de Energia, com a ajuda de outros professores de Química e e de Ciência dos Materiais.



As baterias de fluxo armazenam energia em soluções líquidas em compartimentos externos – quanto maiores os compartimentos, mais energia eles armazenam. Elas são uma solução promissora de armazenamento de energia, uma técnica renovável e intermitente, como o vento e a energia solar. Entretanto, as baterias de fluxo que existem no mercado, muitas vezes sofrem degradação da capacidade de armazenamento de energia após muitos ciclos de carga-descarga, exigindo manutenção periódica de eletrólitos para restaurar a a sua capacidade.

Modificando as estruturas das moléculas usadas nas soluções de eletrólitos positivas e negativas, tornando-as solúveis em água, a equipe de Harvard foi capaz de criar uma bateria que perde apenas um por cento de sua capacidade em 1000 ciclos.


“As baterias de íon de lítio nem sobrevivem a 1000 ciclos completos de carga / descarga”, disse Aziz. “Fomos capazes de dissolver os eletrólitos em água neutra e esta é uma bateria duradoura que você poderia inclusive colocar em seu porão”, disse Roy Gordon, professor de Química. “Em casos de possíveis vazamentos, a bateria também não corroeria o chão por ser não-corrosiva, fora que os materiais utilizados nelas são relativamente baratos”.

Esta redução de custo é essencial: o Departamento de Energia (DOE) estabeleceu uma meta de construir uma bateria que pode armazenar energia por menos de US $ 100 por quilowatt-hora, o que faria a novidade entrar em um mercado competitivo.

“Se você pode tornar essa tecnologia acessível a todos, você está prestes a mudar o mundo”, disse Aziz. “Torna-se rentável colocar as baterias em tantos lugares e esta pesquisa nos coloca um passo mais perto de atingir esse alvo.”
 

“Este trabalho sobre os eletrólitos orgânicos solúveis aquosos é de grande significado ao apontar o caminho para futuras baterias com uma vida de ciclo muito melhorada e custo consideravelmente menor”, disse Imre Gyuk, Diretor de Pesquisa de Armazenamento de Energia no Escritório de Eletricidade do DOE. “Espero que as baterias de fluxo de longa duração, eficientes, se tornarão padrão como parte da infra-estrutura da rede elétrica.”

A chave para projetar a bateria foi descobrir por que as moléculas anteriores estavam se degradando tão rapidamente em soluções neutras, conforme dito pelo pesquisador pós-doutorado Eugene Beh. Ao identificar pela primeira vez como a molécula de viologen estava se decompondo no eletrólito negativo, Beh foi capaz de modificar sua estrutura molecular para torná-la mais resistente.
Em seguida, a equipe voltou-se para as moléculas de ferroceno, conhecidas por suas propriedades eletroquímicas, no eletrólito positivo.


Ferroceno serve em grande para armazenar carga, mas é completamente insolúvel em água”, afirmou Beh. “Essas moléculas têm sido usadas em outras baterias com solventes orgânicos, que são inflamáveis ​​e caros.”

Mas dando função às moléculas de ferroceno da mesma forma como com as de viologen, a equipe foi capaz de transformar uma molécula insolúvel em um altamente solúvel que também poderia ser reciclada de forma estável.

“Os ferrocenos solúveis aquosos representam uma classe inteiramente nova de moléculas para baterias de fluxo”, disse Aziz.

Estima-se que o custo total do dispositivo seja apenas um terço do custo das atuais baterias. Com essencialmente água salgada em ambos os lados da membrana, os polímeros caros poderiam ser facilmente substituídos por hidrocarbonetos de valores mais acessíveis.
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