Adoçando o negócio: Sugar Solution aumenta a produção de energia e a durabilidade das baterias de fluxo

Num estudo inovador do Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), os investigadores melhoraram notavelmente a capacidade e a longevidade das baterias de fluxo – apresentadas como soluções promissoras para o armazenamento de energia sustentável e em grande escala. Ao adicionar um açúcar simples chamado β-ciclodextrina ao eletrólito em uma bateria de fluxo, a equipe conseguiu aumentar a potência de pico em impressionantes 60%. Notavelmente, a bateria manteve quase toda a sua capacidade mesmo após um ano de ciclos contínuos de carga e descarga.

As baterias de fluxo são diferentes das baterias típicas de carros ou laptops, pois são versáteis e ideais para armazenamento de energia escalável e de longa duração. À medida que o mundo oscila em direção às fontes de energia renováveis, o armazenamento de energia à escala da rede, fornecido por baterias de fluxo, torna-se cada vez mais crucial. A tecnologia ajuda a suavizar a intermitência do fornecimento de energia renovável intrínseca à energia eólica, solar e hidrelétrica, criando assim sistemas de energia mais confiáveis.

O sistema tradicional de bateria de fluxo compreende dois eletrólitos líquidos diferentes armazenados separadamente, que circulam em ambos os lados de uma membrana seletiva de íons para criar uma corrente quando a energia é necessária. Uma das vantagens deste sistema é a capacidade de “reabastecer” ou recarregar, substituindo eletrólitos esgotados por outros carregados.

Os pesquisadores do PNNL, trabalhando em conjunto com pesquisadores de Yale, decidiram dissolver o açúcar simples β-ciclodextrina no anólito da bateria (um tipo de eletrólito). Inicialmente destinado a ajudar a dissolver mais fluorenol (um tipo de composto orgânico) no eletrólito à base de água, o açúcar trouxe benefícios inesperados.

Como o primeiro exemplo de um catalisador que acelera a reação eletroquímica em baterias de fluxo enquanto está dissolvido em solução (um processo conhecido como 'catálise homogênea'), a β-ciclodextrina proporcionou um impulso único. Ele aceita prótons carregados positivamente, criando equilíbrio com os elétrons carregados negativamente movendo-se através da membrana celular. Este equilíbrio acelerou a taxa de reação, sobrecarregando o nível de potência da bateria em impressionantes 60%.

Tendo otimizado a potência, o foco mudou então para a longevidade. A fase de teste de durabilidade envolveu carga e descarga contínua da bateria durante um ano. Eles descobriram, após um ano de uso, que a bateria apresentava uma perda insignificante de capacidade, demonstrando uma longevidade extraordinária, que já é normalmente mais longa do que as baterias de lítio.

Os pesquisadores do PNNL solicitaram patentes e estão explorando outros compostos semelhantes para criar potencialmente um sistema mais eficiente. A solução oferece esperança para um armazenamento de energia mais sustentável, utilizando compostos abundantes e facilmente sintetizados, diminuindo assim a dependência de materiais limitados e potencialmente tóxicos.

Este desenvolvimento faz parte de um programa mais amplo dentro do PNNL projetado para lidar com problemas de armazenamento de energia em escala de rede e será fortemente reforçado pelo próximo lançamento do Grid Storage Launchpad do PNNL em 2024. Notavelmente, este representa o primeiro caso registrado de uma bateria de fluxo mostrando tal durabilidade em condições de laboratório, abrindo caminho para a transformação global das nossas capacidades de armazenamento de energia.

A pesquisa Oxidação de álcool regulada por prótons para anólito de bateria de fluxo à base de cetona de alta capacidade foi publicada na revista Joule.