Publicado na Phys
Cientistas da Universidade do Sul da Califórnia desenvolveram uma bateria orgânica à base de água que tem longa duração, fabricação barata e é composta de substâncias ecologicamente amigáveis.
A nova bateria – que não usa nenhum metal e nenhum material tóxico – é solicitada para o uso em usinas, onde poderá tornar a rede mais forte e eficiente para a produção em larga escala de energia, essa que, quando excedida, poderá ser armazenada para o uso posteriormente.
“As baterias resistem a 5.000 ciclos de recarga, dando-as uma vida útil estimada em 15 anos”, diz Sri Narayan, professor de química da USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences e autor correspondente de um paper que descreve o acontecimento – publicado pelo Journal of the Electrochemical Society, em 20 de Junho. “As baterias de lítio se degradam depois de 1.000 ciclos de recarga e custam 10 vezes mais para serem fabricadas.”
Narayan contou com a ajuda de Surya Prakash, professor de química e diretor do USC Loker Hydrocarbon Research Institute, e com os membros da USC Bo Yang, Lena Hoober-Burkhardt e Fang Wang.
“Tais baterias de cunho orgânico serão as introdutoras das posteriores mudanças no armazenamento de energia em termos de simplicidade, custo, confiabilidade e sustentabilidade”, diz Prakash.
As baterias poderiam abrir o caminho para as fontes de energias renováveis e compensar, assim, uma grande parcela de geração de energia. Painéis solares podem apenas gerar energia quando o sol está brilhando e usinas eólicas só podem gerar energia quando o vento sopra. Essa insegurança inerente dificulta o trabalho das companhias em atender a demanda do cliente.
Com baterias para armazenar a energia excedente e liberá-la quando necessário, essa esporádica inconfiabilidade poderia deixar de existir.
“O armazenamento de energia ‘em mega-escala’ é um problema crítico para o futuro das energias renováveis, requerendo soluções baratas e que não agridam o meio-ambiente”, Narayan diz.
A nova bateria é baseada em um design de fluxo redox – semelhante ao design em uma célula de combustível, com dois tanques de materiais eletroativos dissolvidos em água. As soluções são bombeadas para uma célula que separa os dois fluidos por uma membrana com eletrodos de cada lado, gerando, assim energia.
O design tem a vantagem de ‘dissociar’ o poder da energia. Os tanques de material eletroativo podem ser ter uma fabricação na quantidade que se precisa – aumentando os níveis de energia que o sistema pode suportar – ou a célula central pode ser ajustada para liberar a energia de forma lenta ou rápida.
O avanço do time foi centrado em torno dos materiais eletroativos. Enquanto as baterias antigas necessitavam de metais e substâncias químicas tóxicas, Narayan e Prakash pretendiam achar um composto orgânico que pudesse se desenvolver em água. Esse sistema criaria um impacto mínimo sobre o meio-ambiente, além de ser mais barato, eles destacam.
Através de uma combinação de um design a nível molecular e uma sequência de erros e acertos, eles descobriram que certas quinonas – compostos orgânicos oxidados – poderiam dar conta de tudo. Quinonas podem ser encontradas em plantas, fungos, bactérias e em alguns animais, e estão envolvidas na fotossíntese e na respiração celular.
“Essas são as moléculas que a natureza usa para a transferência de energia”, Narayan diz. Atualmente, as quinonas são fabricadas a partir da extração de certos hidrocarbonetos. No futuro, elas podem ser obtidas a partir do dióxido de carbono, Naraydan diz.
A equipe entrou com diversas patentes no que diz respeito à fabricação das baterias e aos próximos planos para construir uma versão de larga escala.
