A nova epopeia da energia está a passo lento pela falta de respostas ao nível do armazenamento. As baterias não têm acompanhado a velocidade da evolução tecnológica e há cada vez mais investigação nessa área.
De Stanford vem a notícia de uma nova bateria de água para armazenar energia limpa. Uma bateria recarregável de hidrogénio – manganês foi projetada para armazenamento em rede: tem alta capacidade e vida longa, além de prometer baixos custos.
O armazenamento em grande escala de eletricidade criou raízes no mercado de energia. Hoje, dispositivos de armazenamento como baterias de iões de lítio, chumbo-ácido, redox e metal líquido oferecem um futuro para a indústria, aumentando os investimentos. Por outro lado, todas essas opções, de uma forma ou de outra, ainda estão longe de atender às necessidades de armazenamento da rede.
A estrutura ideal terá de acumular muita energia num pequeno volume e o seu custo terá de ser menor 100 dólares por kWh para ser sustentável numa larga escala.
Também deverá ter uma longa vida útil, conforme explicado por Yi Cui, professor de ciência e engenharia de materiais da Universidade de Stanford.
É necessário que trabalhem mais de 10.000 ciclos de carga e que possam durar 25 anos.
No entanto, todas as opções acima não possuem pelo menos um desses requisitos. A tecnologia de iões de lítio, por exemplo, tem alta densidade de energia (mais de 200 Wh / kg), mas ainda é muito cara.
O mesmo se aplica às baterias redox, que são sistemas muito incômodos. Por outro lado, os dispositivos de chumbo são económicos, mas duram apenas 500 ciclos e a sua densidade de energia é baixa, um defeito que também é encontrado nas novas soluções “líquidas”.
Novas baterias à base de água
Uma alternativa às abordagens clássicas é a nova bateria de hidrogénio de manganês ou, como foi renomeada pelos cientistas, a bateria à base de água. Foi criado por um grupo de químicos liderados pelo próprio Cui.
O protótipo consiste de um cátodo de fibra de carbono inserido num cilindro de aço e enrolado em torno de um pequeno ânodo de carbono carregado com platina. O espaço entre os dois eletrodos é preenchido com uma solução aquosa contendo sulfato de manganês, um sal industrial barato.
Como funciona a “bateria de água”?
Durante o carregamento, os iões de manganês passam da solução para o cátodo, onde se combinam com o oxigénio para se tornar dióxido de manganês sólido. Ao mesmo tempo, a platina no ânodo catalisa a reação de produção de hidrogénio da água.
O processo é revertido durante a descarga: os iões de manganês dissolvem-se no eletrólito, o hidrogénio é oxidado para formar água e os eletrões viajam pelo circuito externo.
O que fizemos, foi simplesmente adicionar um sal especial à água, mergulhar um eletrodo nessa solução e criar uma reação química reversível que armazena eletrões na forma de hidrogénio.
Explicou o professor Yi Cui.
A nova bateria de água tem uma tensão de descarga de ~ 1,3 V e uma vida útil de mais de 10.000 ciclos sem degradação. Também oferece densidade de energia gravimétrica de aproximadamente 139 Wh / kg e densidade volumétrica de 210 Wh / l.
Claro, o trabalho ainda está num estágio inicial. A equipa usava a platina como catalisador, cujo custo seria proibitivo em larga escala. Por esta razão, o próximo passo será tentar catalisadores mais baratos – o grupo já identificou alguns – para reduzir o custo total para menos de 100 dólares por kWh.