Bateria de fluxo de ferro totalmente lquida armazena energias renovveis

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 09/04/2024

Fluxo favorvel

Um produto qumico comum e barato, usado em instalaes de tratamento de gua, foi reposicionado para ajudar no armazenamento de energia em grande escala, em um novo projeto de bateria de fluxo base de ferro.

Ao contrrio das baterias convencionais, que possuem uma quantidade definida de eletrlito em seu interior, as baterias de fluxo apresentam dois tanques externos de abastecimento de lquido que circulam constantemente. Elas so carregadas por meio de uma reao eletroqumica ocorrendo no lquido que sai do tanque primrio, armazenando ento essa energia em ligaes qumicas no lquido que chega ao tanque secundrio. Para extrair a energia, s inverter o processo.

por isso que elas so chamadas de baterias do tipo “encha o tanque” – para aumentar sua capacidade, basta construir tanques maiores ou usar vrios tanques.

Gabriel Nambafu e colegas do Laboratrio Nacional do Pacfico Noroeste (PNNL), nos EUA, criaram agora uma bateria de fluxo segura, econmica, totalmente lquida e usando apenas materiais base de gua. Seu elemento central o ferro, um dos metais mais abundantes na Terra, fornecendo um caminho economicamente vivel para a incorporao em larga escala de fontes de energia intermitentes, como a energia elica e solar, na rede eltrica.

A bateria base de ferro apresentou uma estabilidade de ciclagem notvel durante o teste, de mil ciclos de carregamento consecutivos, mantendo 98,7% de sua capacidade mxima. Para comparao, prottipos anteriores de baterias semelhantes base de ferro apresentaram degradao da capacidade de carga duas ordens de magnitude maior, em menos ciclos de carga.

“Uma clula completa de teste demonstrou excepcional estabilidade de ciclagem em mais de 1000 ciclos de carga/descarga e desempenhos notveis, incluindo 96% de utilizao da capacidade, uma taxa de desvanecimento da capacidade mnima de 0,0013% por ciclo (1,3% em 1.000 ciclos), alta eficincia coulombiana e eficincia energtica prxima de 100% e 87%, respectivamente, todas alcanadas sob uma densidade de corrente de 20 mA.cm^-2,” escreveu a equipe.

Esquema das reaes nas quais se baseia a bateria lquida base de ferro.
[Imagem: Gabriel S. Nambafu et al. – 10.1038/s41467-024-45862-3]

Bateria de fluxo de ferro

Baterias de fluxo base de ferro projetadas para armazenamento de energia em grande escala existem desde a dcada de 1980, e existem at algumas disponveis comercialmente.

O que torna esta nova bateria diferente que ela armazena energia em uma frmula qumica lquida nica que combina ferro carregado com um eletrlito lquido base de fosfato de pH neutro. Esse composto qumico transportador de energia, conhecido como NTMPA (trifosfonato nitrogenado, cido nitrilotri-metilfosfnico), est comercialmente disponvel em quantidades industriais porque usado para inibir a corroso em estaes de tratamento de gua.

Os fosfonatos, incluindo o NTMPA, so uma ampla famlia qumica baseada no elemento fsforo. Muitos fosfonatos dissolvem-se bem em gua e so produtos qumicos no txicos utilizados em fertilizantes e detergentes, entre outros usos.

“Estvamos procurando um eletrlito que pudesse ligar e armazenar ferro carregado em um complexo lquido temperatura ambiente e condies operacionais amenas com pH neutro,” contou o professor Guosheng Li. “Nosso prximo passo ser melhorar o desempenho da bateria, concentrando-nos em aspectos como sada de tenso e concentrao de eletrlitos, o que ajudar a aumentar a densidade de energia. Nossa sada de tenso inferior sada tpica de uma bateria de fluxo de vandio. Estamos trabalhando em maneiras de melhorar isso.”

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