Bateria de fluxo semissólido se mostra ideal para armazenar energia limpa

Pesquisadores do MIT, nos EUA, desenvolveram um novo tipo de bateria que promete revolucionar o sistema de armazenamento para fontes renováveis de energia, como solar e eólica. A célula de fluxo semissólido usa uma mistura contendo partículas dispersas de dióxido de manganês com um aditivo condutor elétrico chamado negro de fumo.

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Juntos, esses compostos permitem a conversão de energia eletroquímica ao reagir com outros elementos em suspensão aquosa ou em placas de zinco, permitindo a criação de baterias de fluxo com sistemas de retensão de eletricidade mais eficientes, duradouros e confiáveis do que os produzidos atualmente.

“A transição para energia limpa requer sistemas de armazenamento com diferentes durações, que funcionem adequadamente quando o Sol não está brilhando e o vento não está soprando. Essa bateria recarregável de zinco-manganês é uma opção barata para essas fontes renováveis, podendo guardar energia por um dia ou mais”, explica a pesquisadora Emre Gencer, coautora do estudo.

Baterias de fluxo

Neste sistema de fluxo, duas soluções químicas diferentes (eletrólitos) com íons negativos ou positivos são bombeadas em tanques separados até se encontrarem ao passar por uma membrana conhecida como pilha. Os fluxos de íons reagem entre si, convertendo energia elétrica em energia química para carregar as baterias.

O tempo gasto pelas baterias de fluxo para descarregar a energia armazenada depende do volume de soluções eletrolíticas positivas e negativas fluindo através da pilha. Enquanto esse movimento é mantido — reagindo e convertendo energia química em energia elétrica — as baterias continuam fornecendo eletricidade.

“Para armazenamentos com duração de mais de um dia, a arquitetura das baterias de fluxo sugere que elas podem ser uma opção mais barata. Você pode recarregar a solução nos tanques a partir de fontes de energia solar ou eólica e isso torna todo o sistema livre de carbono”, acrescenta o engenheiro químico Thaneer Narayanan, autor principal do estudo.

Negro de fumo

O negro de fumo é um material produzido pela combustão incompleta de produtos de petróleo pesados como o alcatrão. Ele é responsável pela resistência mecânica dos pneus e também é aplicado na produção de plásticos, tintas e artefatos de borracha, além de atuar como revestimento térmico.

Esse composto tem um papel fundamental no desenvolvimento de baterias de fluxo semissólido, funcionando como aditivo condutor de eletricidade. O material reage com uma solução de zinco, permitindo a conversão de energia eletroquímica de maneira muito mais eficiente e constante.

“O negro de fumo é uma pasta que adiciona pigmento e força elétrica à mistura. Com isso, esse sistema é capaz de fluir sob pressões razoáveis, mantendo um limite de escoamento fraco para que as partículas ativas de manganês não afundem nos tanques de fluxo quando o sistema não está sendo usado”, afirma Narayanan.

Baixo custo

Para provar que as baterias de zinco-manganês são economicamente viáveis, os pesquisadores fizeram comparações com outras células eletroquímicas e sistemas de armazenamento à base de hidrogênio. As observações foram realizadas por períodos de 8, 24 e 72 horas de duração.

Em intervalos superiores a um dia, a bateria de fluxo semissólido superou a capacidade de retensão de energia das células convencionais de íons de lítio e fluxo redox de vanádio. Ela manteve a eficiência e o baixo custo, mesmo levando em consideração os valores gastos com o bombeamento da pasta de manganês do tanque de armazenamento para a pilha.

"Os íons de lítio são ótimos para armazenamentos de oito horas ou menos, mas os materiais são muito caros para períodos mais longos. Já o hidrogênio é muito dispendioso para durações mais curtas, tornando os sistemas de fluxo de zinco-manganês uma alternativa que faz todo o sentido para a fabricação de baterias mais eficientes e baratas", encerra Gencer.

Fonte: MIT