Princípio de funcionamento da bateria de congelamento-descongelamento.
[Imagem: Minyuan M. Li et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.100821]

Bateria que entra em hibernação

Está nascendo uma nova alternativa para armazenar eletricidade a longo prazo, garantindo estabilidade no fornecimento de energia a partir de fontes renováveis, mas intermitentes, como eólica e solar.

Minyuan Li e seus colegas do Laboratório Nacional Noroeste do Pacífico (PNNL), dos EUA, desenvolveram o que eles chamam de "bateria congela-descongela", que recebe a energia em estado líquido e então endurece para armazená-la por meses.

Quando a energia é necessária, basta liquefazer novamente o eletrólito que a eletricidade pode ser drenada.

Curiosamente, a bateria nunca congela e nem descongela - na verdade, ela é aquecida até 180 ºC, para que seu eletrólito liquefaça e receba a eletricidade, e depois volta à temperatura ambiente, quando se solidifica para manter a energia armazenada.

É uma alternativa interessante às baterias de fluxo, nas quais a eletricidade é armazenada na forma de um composto químico - quando a energia é necessária, a reação é invertida e a energia é liberada.

"As tecnologias de armazenamento de energia de longa duração são importantes para aumentar a resiliência da rede ao incorporar uma grande quantidade de energia renovável," disse o professor Imre Gyuk, coordenador da equipe. "Esta pesquisa marca um passo importante em direção a uma solução de armazenamento de bateria sazonal que supera as limitações de autodescarga das tecnologias de bateria atuais".

Um dos grandes trunfos do projeto é o uso de materiais mais baratos do que os projetos concorrentes.
[Imagem: Minyuan M. Li et al. - 10.1016/j.xcrp.2022.100821]

Bateria de congelamento-descongelamento

Para evitar alguns dos inconvenientes das baterias de fluxo, a equipe evitou trabalhar com materiais raros, caros ou altamente reativos.

A melhor solução foi encontrada em um sal fundido à base de alumínio e níquel - o ânodo e o cátodo são placas sólidas de alumínio e níquel, respectivamente. Eles ficam imersos em um tanque de eletrólito de sal fundido, que é sólido à temperatura ambiente, mas flui como um líquido quando aquecido. A equipe adicionou enxofre - outro elemento comum e de baixo custo - ao eletrólito para aumentar a capacidade de energia da bateria.

Uma das maiores vantagens desta bateria está em um de seus componentes, chamado separador, colocado entre o ânodo e o cátodo. A maioria das baterias de sal fundido de alta temperatura requer um separador cerâmico, que pode ser mais caro e suscetível à quebra durante o ciclo de congelamento-descongelamento.

Em lugar da cerâmica foi usada fibra de vidro simples, o que foi possível devido à química muito estável da bateria. Isso reduz custos e torna a bateria mais resistente ao passar por seguidos ciclos de congelamento-descongelamento.

A energia da bateria é armazenada a um custo de material de cerca de US$23 por quilowatt-hora (este cálculo foi feito antes do recente salto no preço do níquel). A equipe está explorando o uso do ferro, que é mais barato, na esperança de reduzir o custo dos materiais para cerca de US$6 por quilowatt-hora, cerca de 15 vezes menos do que o custo dos materiais das baterias de íons de lítio atuais.

A densidade de energia teórica da bateria é de 260 watts-hora por quilograma - maior do que as baterias de chumbo-ácido e de fluxo de hoje.

O próximo passo será aumentar a escala da bateria - o protótipo tem menos de 10cm de diâmetro.