Baterias de fluxo melhoram 50% com eletrodo inspirado na natureza

Baterias de encher o tanque

Um eletrodo inspirado na natureza e construído facilmente por impressão 3D está tornando mais fácil e mais seguro armazenar grandes quantidades de energia renovável gerada por parques eólicos e solares.

As chamadas baterias de fluxo não possuem quantidades fixas de eletrólitos contidos dentro de um invólucro selado, como as baterias de lítio; em vez disso, elas possuem dois tanques, um para o eletrólito carregado e outro para o eletrólito descarregado. Quer mais energia? Coloque mais um tanque.

Isto as torna ideais para lidar com a intermitência das fontes renováveis, como solar e eólica, que não geram energia à noite ou quando o vento para de soprar – é só ir usando a energia gerada para encher os tanques das baterias de fluxo, e então reverter o fluxo quando as fontes primárias não estiverem rendendo a plena potência.

Pesquisadores utilizaram a impressão 3D para criar eletrodos porosos para baterias de fluxo redox que permitiram um controle preciso sobre a estrutura do eletrodo e do fluxo de fluido, o que é crucial para a eficiência no armazenamento e no uso da eletricidade – os eletrólitos das baterias de fluxo são muito mais seguros porque são à base de água.

“Com a impressão 3D, podemos projetar a estrutura interna de um eletrodo de maneiras difíceis de se alcançar com a fabricação convencional,” disse a pesquisadora Maxime Heijden, que desenvolveu o projeto com colegas do Canadá e da Alemanha. “Isso nos dá um controle muito maior sobre como o líquido se move pela bateria e atinge as superfícies onde ocorrem as reações de armazenamento de energia.”

Geometria diamante

Uma inovação fundamental foi o uso de geometrias de superfície mínima triplamente periódicas, formas tridimensionais complexas e repetitivas que se assemelham a estruturas encontradas na natureza.

Os pesquisadores testaram diversas geometrias e descobriram que uma delas, conhecida como geometria diamante, apresenta o melhor desempenho, que se elevou em impressionantes 52% em relação ao eletrodo convencional.

As estruturas porosas foram fabricadas em uma impressora 3D de processamento de luz digital e depois tratadas termicamente, para formar eletrodos de carbono condutor, capazes de conduzir eletricidade.

Os eletrodos passaram com louvor pelos testes em uma célula de fluxo em laboratório e em uma bateria industrial de fluxo redox de vanádio, demonstrando que os projetos impressos em 3D funcionam em uma bateria real. Esta tecnologia promete ampliar o espaço das baterias de fluxo redox para o armazenamento de energia em larga escala, já que sua eficiência aumentou drasticamente.

A equipe agora irá se concentrar em aumentar a área superficial dos eletrodos, aprimorar os métodos de fabricação e explorar ferramentas de projeto mais avançadas, para tentar criar estruturas de eletrodos ainda mais eficazes.