Assumindo o controle: Qual nova tecnologia de bateria será o futuro do armazenamento estacionário de energia?

Energy Storage World Forum

Conforme uma proporção crescente de redes elétricas são alimentadas por energias renováveis, torna-se fundamental desenvolver soluções de armazenamento que podem lidar com a intermitência das fontes renováveis de maneira sustentável, segura e econômica.

As baterias Íon-Lítio ainda são as pioneiras em termos de tecnologia para armazenamento de energia em larga escala, e seus benefícios são evidentes – altas densidades de energia, manutenção relativamente baixa, além do custo por kWh que está caindo rapidamente. Mas, seus problemas relativos à baixa vida útil, falhas explosivas e cadeia de suprimento de componentes potencialmente precária são de notório conhecimento público.

Quais tecnologias e inovações químicas para aplicações de armazenamento estacionário estão gerando entusiasmo?

Baterias de fluxo totalmente em ferro (BFR)

As Baterias de Fluxo Redox (BFR) não são exatamente uma nova tecnologia, mas tem recebido um interesse renovado nos últimos anos como uma solução de armazenamento para redes elétricas. Seus benefícios incluem longa vida útil, uma escalabilidade teoricamente ilimitada e longos tempos de descarga. No entanto, essas baterias têm sido deixadas de lado devido aos seus problemas, que incluem baixas densidades de energia, altos custos dos componentes e, em alguns casos, eletrólitos feitos com materiais tóxicos ou perigosos.

A ESS (Energy Storage Systems, Inc.) têm trabalhado no desenvolvimento e prova da viabilidade comercial da sua bateria de fluxo em ferro que busca solucionar muitos desses problemas. Em contraste com as baterias de fluxo em Vanadium, os materiais dos eletrólitos dessa bateria foram selecionados por sua abundância, segurança e baixo custo – sal, água e ferro. A bateria pode ser transportada “seca” e hidratada no local de instalação, o que também baixa os custos logísticos e melhora a mobilidade.

O eletrólitos não-corrosivos também permitem que materiais mais baratos sejam utilizados para as pilhas elétricas e outros componentes da bateria. Com eletrólito de pH moderado (1 a 4) e potencial de reação do eletrodo menor que o potencial de corrosão do carbono de 0,8V, as baterias de fluxo totalmente em ferro experimentam pouca degradação dos eletrodos – Os módulos da ESS experimentam mínima perda de performance durante 20.000+ ciclos, com picos de aproximadamente 70% de eficiência coulômbica (diferença entre a quantidade de carga que a bateria perde durante a descarga e a que ganha durante a recarga).

A ESS está testando a viabilidade econômica de um sistema com suas baterias de fluxo em ferro para o Corpo de Engenheiros do Exército dos EUA, através de um contrato, com estimativas iniciais projetando um custo estimado em US$ 500/kWh. Neste estágio inicial de desenvolvimento, o custo certamente não é atraente o suficiente para competir com Íon-Lítio ou mesmo Fluxo de Vanádio em larga escala, mas pode ser uma solução ideal para redes menores e/ou remotas.

Ferrocenos solúveis em água (BFR)

Pesquisadores da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson fizeram grandes progressos no desenvolvimento de baterias de fluxo usando eletrólitos orgânicos solúveis em água. Estes componentes têm a vantagem de serem não-corrosivos e não-tóxicos. Além de serem mais seguros, esses componentes podem ser feitos de materiais mais baratos e menos duráveis.

Tentativas anteriores usando viologen em uma solução de eletrólito neutro foram promissoras em termos de potência, mas as moléculas estavam se degradando muito rapidamente para serem úteis. Ao modificar a estrutura molecular do viologen, os pesquisadores conseguiram torná-lo mais resistente à decomposição e usá-lo como eletrólito negativo.

Os pesquisadores a partir de então aplicaram esse conhecimento ao ferroceno, uma molécula excelente para armazenar carga, mas insolúvel em água. Ao modificar as moléculas de ferroceno usando um processo semelhante ao usado para as moléculas de viologen, os pesquisadores foram capazes de dissolver o ferroceno em uma solução aquosa para produzir o eletrólito positivo.

Dessa forma, a equipe de Harvard conseguiu desenvolver uma bateria com duração excepcionalmente longa, perdendo apenas 1% de sua capacidade a cada mil ciclos. Os eletrólitos não corrosivos também permitiriam uma redução substancial no custo dos outros componentes da bateria. Esta pesquisa foi publicada apenas em fevereiro de 2017, mas a tecnologia oferece um grande potencial para armazenamento de energia seguro, estável e de baixo custo.

Essas tecnologias de bateria e inovações na química estão na vanguarda das pesquisas, mas ainda é preciso ver como elas serão dimensionadas para aplicações de armazenamento de energia comercial e em serviços públicos. E com Elon Musk insinuando um grande avanço na área de baterias, a pergunta que fica é: algumas dessas tecnologias recém-chegadas tem o potencial de realmente competir com as baterias de Íon-Lítio no cenário energético? Dê sua opinião na discussão do Fórum Energy Storage World.