Baterias líquidas chegam a meio caminho da energia limpa

Redação do Site Inovação Tecnológica - 27/02/2012

O funcionamento de uma bateria líquida de fluxo é simples, mas implementá-la exige um aparato do tamanho de uma casa.
[Imagem: Staiger et al./Sandia Lab]

Baterias para energia limpa

Um relatório recente, listando as tecnologias emergentes para o século 21, afirma que baterias melhores são essenciais para que as tecnologias de energia limpa se tornem realidade.

Isto porque as principais fontes alternativas de energia, como solar, eólica, das ondas e das marés, sofrem de flutuações ao longo do dia e das estações.

Assim, é necessário dispor de sistemas de armazenamento de energia capazes de guardar a eletricidade gerada para que ela possa ser usada quando necessário, ou para liberá-la de forma contínua.

Uma dentre as alternativas que estão sendo consideradas são as chamadas baterias líquidas, ou baterias de fluxo, que podem ser recarregadas rapidamente, têm grande densidade de energia e suportam milhares de ciclos de carga e descarga.

Em laboratório, as baterias de fluxo já alcançaram até 14.000 ciclos, o equivalente a 20 anos de operação ininterrupta - algo impensável para as baterias de lítio.

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Deficiências das baterias de fluxo

Mas há problemas. As baterias de fluxo são grandes, mais ou menos do tamanho de uma casa, e não são baratas - na verdade, elas não são muito mais baratas do que uma bateria de íons de lítio que tivesse o tamanho de uma casa.

Há baterias de fluxo em escala de demonstração sendo construídas nos EUA, no Japão e na Austrália, algumas com capacidades que chegam a 25 MW.

As tecnologias preferidas são as de vanádio e bromo, que têm suas próprias deficiências.

O material que guarda a energia é tóxico, os preços dos dois metais estão longe de ser estáveis, e a solução aquosa que essas baterias empregam limita a quantidade de material que pode ser dissolvido e, por decorrência, a quantidade de energia que pode ser armazenada.

Os novos líquidos iônicos metálicos dispensam o bromo e o vanádio, e usam metais de preço mais baixo e menos sujeitos a fortes flutuações, como ferro, cobre e manganês.
[Imagem: Pratt III et al./Dalton Transactions]

Líquidos iônicos metálicos

Uma solução começa a surgir agora, pelas mãos de cientistas dos Laboratórios Sandia, nos Estados Unidos.

David Ingersoll e seus colegas criaram uma nova classe de líquidos iônicos metálicos, eletroquimicamente reversíveis, que eles chamaram de MetILs.

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A primeira vantagem do novo material é que ele dispensa o bromo e o vanádio, e usa metais de preço mais baixo e menos sujeitos a fortes flutuações, como ferro, cobre e manganês.

E, como se baseia em líquidos iônicos, o sistema dispensa a água, eliminando uma das deficiências das baterias de fluxo.

"Em vez de dissolver o sal em um solvente, nosso sal é um solvente," diz o Dr. Travis Anderson, coordenador da equipe. "Nós obtivemos uma concentração muito mais elevada do metal ativo porque não ficamos limitados pela saturação."

Novo padrão ouro

Os ganhos não são pequenos: a densidade de energia da bateria foi multiplicada por três, o que reduziu drasticamente o tamanho da bateria.

Além disso, a eficiência eletroquímica dos MetILs é superior a tudo o que está relatado na literatura científica até agora.

A equipe preparou quase 200 combinações de cátions, ânions e ligantes. Dentre eles, cinco superaram a eficiência eletroquímica do ferroceno, considerado o padrão ouro da área.

Mas o milagre ainda não está totalmente pronto: todos os resultados se aplicam aos materiais usados nos catodos das baterias de fluxo.

Agora os cientistas estão trabalhando na identificação de materiais para os anodos.

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