Uma equipe de pesquisadores chineses publicou detalhes sobre uma bateria aquosa que, segundo eles, pode mudar a forma como a energia em larga escala é armazenada nas redes elétricas. As descobertas foram publicadas na revista Nature Communications. A bateria passou por 120,000 ciclos de carga e descarga em testes de laboratório, mantendo a maior parte de sua capacidade durante todo o período. Os pesquisadores descrevem seu processo de descarte como ambientalmente benigno.
Um eletrólito neutro no núcleo
O projeto se baseia em um eletrólito com pH neutro, composto por sais de magnésio e cálcio. Isso representa uma mudança em relação à química padrão de baterias aquosas, que geralmente utiliza soluções fortemente ácidas ou alcalinas. Essas soluções corroem os eletrodos e se degradam com o tempo. A abordagem neutra evita ambos os problemas. O eletrólito apresenta um pH de 7, próximo ao da água pura.
A principal dificuldade residia em combinar esse eletrólito com o material de eletrodo adequado. A equipe desenvolveu um eletrodo de polímero orgânico covalente projetado para hospedar íons de magnésio e cálcio. O polímero utiliza uma estrutura molecular rígida, semelhante a um favo de mel. Essa estrutura estabiliza o composto ativo contra a degradação em meio aquoso. Nos testes, a célula apresentou uma capacidade específica de 112.8 miliampères-hora por grama.
Alegações de longevidade e o que elas significam
Os pesquisadores argumentam que, com taxas de ciclagem diárias, a vida útil da bateria poderia se estender por séculos. A Live Science noticiou que a afirmação se estenderia até o século XXIV. Esse número requer contexto. A contagem de ciclos em laboratório nem sempre se traduz diretamente em condições reais. Variações de temperatura, flutuações de carga e estresse físico em instalações de campo introduzem variáveis que os testes de laboratório não replicam completamente.
O número de 120,000 ciclos é, por si só, um resultado notável. A maioria das baterias comerciais de íon-lítio degrada-se significativamente após 2,000 a 4,000 ciclos. Mesmo as células de fosfato de ferro-lítio voltadas para a rede elétrica normalmente operam em uma faixa de 3,000 a 6,000 ciclos antes de apresentarem perda significativa de capacidade. A diferença entre esses números e os 120,000 ciclos é grande. A verificação independente do resultado ainda não foi publicada.
A alegação sobre o descarte também merece atenção. Os autores descrevem a composição química do eletrólito como suficientemente segura para descarte direto no meio ambiente. Essa é uma afirmação forte. As regulamentações no Reino Unido, nos EUA e na UE estabelecem limites rigorosos para o descarte de baterias. Para saber se essa composição química atende a esses limites na prática, seriam necessários testes ambientais independentes.
Onde as baterias aquosas têm enfrentado dificuldades
As baterias aquosas têm atraído o interesse constante de desenvolvedores de sistemas de armazenamento de energia para redes elétricas. Elas não pegam fogo. Podem ser mais baratas de fabricar do que os sistemas de íon-lítio. Os eletrólitos à base de água são amplamente disponíveis e fáceis de manusear.
As desvantagens, porém, são reais. A densidade de energia em sistemas aquosos é menor do que em alternativas de íon-lítio. A corrosão dos eletrodos reduziu a vida útil em muitos projetos. A literatura de revisão publicada na revista Energy Storage Materials documentou essas limitações em detalhes. Elas restringiram a adoção comercial, mesmo com o crescimento da demanda por armazenamento em redes elétricas.
O novo projeto busca reduzir esses compromissos. O eletrólito neutro combate a corrosão diretamente. O eletrodo de polímero combate a degradação. Se essa combinação se mantém eficaz em larga escala, em diferentes faixas de temperatura e em ambientes reais de redes elétricas é uma questão que o artigo publicado ainda não responde.
Demanda de armazenamento em rede e o contexto mais amplo
O armazenamento de energia em baterias em escala de rede tornou-se uma prioridade no planejamento de energia limpa. A Agência Internacional de Energia tem reiteradamente apontado a capacidade de armazenamento como uma restrição fundamental à integração de energias renováveis. A geração de energia eólica e solar é intermitente. O armazenamento suaviza essa intermitência. As baterias de íon-lítio dominam as instalações atuais, mas as preocupações com a cadeia de suprimentos, os custos das matérias-primas e o risco de incêndio mantêm vivo o interesse em alternativas.
Sistemas aquosos, baterias de fluxo e armazenamento de ar comprimido têm atraído investimentos e atenção da pesquisa. Cada um apresenta diferentes perfis de custo e desempenho. Uma bateria que ofereça um ciclo de vida muito longo com baixo risco ambiental resolveria duas das preocupações comerciais mais persistentes no setor.
O trabalho da equipe chinesa ainda está em fase inicial. A publicação na Nature Communications indica que a metodologia passou pelo escrutínio de especialistas. Isso não confirma a sua viabilidade comercial.
O que vem depois
O próximo teste é a ampliação de escala. As células de laboratório e as instalações em escala de rede diferem enormemente em termos de complexidade de engenharia. O eletrodo de polímero orgânico covalente precisaria ser fabricado em grande volume. O custo por quilowatt-hora em escala é desconhecido a partir do presente estudo.
Os pesquisadores não anunciaram um parceiro comercial nem um projeto piloto. Não há um cronograma para a implementação no material publicado. Os resultados são suficientemente promissores para serem acompanhados, mas ainda é cedo demais para considerá-los um problema resolvido.
