Baterias vazias: por favor, despeje elétrons para mim!
Cientistas do Instituto Fraunhofer da Alemanha estão realizando um sério trabalho de desenvolvimento na área de baterias elétricas, alternativas às clássicas. Com a tecnologia de fluxo redox, o processo de armazenamento de eletricidade é realmente radicalmente diferente ...
As baterias, que são carregadas com líquido como combustível, são colocadas em um carro com motor a gasolina ou diesel. Pode parecer utópico, mas para Jens Noack do Instituto Fraunhofer em Pfinztal, Alemanha, isso é na verdade a vida cotidiana. Desde 2007, a equipe de desenvolvimento na qual ele está envolvido tem desenvolvido esta forma exótica de bateria recarregável a todo vapor. Na verdade, a ideia de uma bateria redox flow-through ou a chamada flow-through redox não é difícil, e a primeira patente nesta área data de 1949. Cada um dos dois espaços celulares, separados por uma membrana (semelhante às células a combustível), são conectados a um reservatório contendo um eletrólito específico. Devido à tendência das substâncias de reagir quimicamente entre si, os prótons se movem de um eletrólito para outro através da membrana, e os elétrons são direcionados por um consumidor de corrente conectado às duas partes, como resultado do qual uma corrente elétrica flui. Após um certo tempo, dois tanques são drenados e preenchidos com eletrólito novo, e o usado é “reciclado” nas estações de carga.
Embora tudo isso pareça ótimo, infelizmente ainda existem muitos obstáculos para o uso prático desse tipo de bateria em carros. A densidade de energia de uma bateria redox de eletrólito de vanádio está na faixa de apenas 30 Wh por quilograma, que é aproximadamente a mesma de uma bateria de chumbo-ácido. Para armazenar a mesma quantidade de energia que uma bateria moderna de íons de lítio de 16 kWh, no nível atual da tecnologia redox, a bateria exigirá 500 litros de eletrólito. Além de todos os periféricos, é claro, cujo volume também é bastante grande - uma gaiola necessária para fornecer uma potência de um quilowatt, como uma caixa de cerveja.
Esses parâmetros não são adequados para carros, visto que a bateria de íon-lítio armazena quatro vezes mais energia por quilograma. No entanto, Jens Noack está otimista, porque os desenvolvimentos nesta área estão apenas começando e as perspectivas são promissoras. No laboratório, as chamadas baterias de brometo de polissulfeto de vanádio atingem uma densidade de energia de 70 Wh por quilograma e são comparáveis em tamanho às baterias de hidreto de metal de níquel usadas atualmente no Toyota Prius.
Isso reduz o volume necessário de tanques pela metade. Graças a um sistema de carga relativamente simples e barato (duas bombas bombeiam um novo eletrólito, duas sugam o eletrólito usado), o sistema pode ser carregado em dez minutos para fornecer um alcance de 100 km. Mesmo os sistemas de carregamento rápido como o usado no Tesla Roadster duram seis vezes mais.
Nesse caso, não surpreende que muitas empresas automotivas tenham recorrido à pesquisa do Instituto, e o estado de Baden-Württemberg alocou 1,5 milhão de euros para o desenvolvimento. No entanto, ainda levará tempo para chegar à fase de tecnologia automotiva. “Esse tipo de bateria pode funcionar muito bem com sistemas de energia estacionários, e já estamos fazendo estações experimentais para o Bundeswehr. No entanto, no campo dos veículos elétricos, essa tecnologia estará apta para implementação em cerca de dez anos”, disse Noak.
Materiais exóticos não são necessários para a produção de baterias redox de fluxo contínuo. Não são necessários catalisadores caros, como a platina, usados em células de combustível, ou polímeros, como as baterias de íon de lítio. O elevado custo dos sistemas laboratoriais, que atingem os 2000 euros por quilowatt de potência, deve-se unicamente ao facto de serem únicos e feitos à mão.
Enquanto isso, os especialistas do instituto planejam construir seu próprio parque eólico, onde ocorrerá o processo de carga, ou seja, o descarte do eletrólito. Com o fluxo redox, esse processo é mais eficiente do que a eletrólise da água em hidrogênio e oxigênio e seu uso em células de combustível - as baterias instantâneas fornecem 75% da eletricidade usada para carregar.
Podemos imaginar estações de carregamento que, junto com o carregamento convencional para veículos elétricos, funcionam como amortecedores contra a carga de pico do sistema de energia. Hoje, por exemplo, muitas turbinas eólicas no norte da Alemanha precisam ser desligadas apesar do vento, caso contrário, sobrecarregariam a rede.
No que diz respeito à segurança, não há perigo. “Quando você mistura dois eletrólitos, ocorre um curto-circuito químico que libera calor e a temperatura sobe para 80 graus, mas nada mais acontece. Claro, os líquidos por si só não são seguros, mas a gasolina e o diesel também o são. Apesar do potencial das baterias redox de fluxo contínuo, os pesquisadores do Instituto Fraunhofer também estão trabalhando arduamente para desenvolver a tecnologia de íons de lítio ...
texto: Alexander Bloch
Bateria de fluxo redox
Uma bateria de fluxo redox é, na verdade, um cruzamento entre uma bateria convencional e uma célula de combustível. A eletricidade flui devido à interação entre dois eletrólitos - um ligado ao pólo positivo da célula e outro ao negativo. Nesse caso, um fornece íons carregados positivamente (oxidação) e o outro os recebe (redução), daí o nome do dispositivo. Quando um determinado nível de saturação é atingido, a reação é interrompida e o carregamento consiste na substituição dos eletrólitos por outros novos. Os trabalhadores são restaurados usando o processo inverso.
