Sol e vento são fontes de energia abundantes, mas intermitentes. Para que a eletricidade gerada possa ser usada quando o sol não brilha ou o vento não sopra, é preciso armazená-la, como em um reservatório que guarda energia para depois. Pesquisadores da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), ligados ao grupo de pesquisa Brazilian Renewable Energies (BREnergies), desenvolveram uma nova arquitetura de bateria de fluxo que pode tornar esse armazenamento mais seguro, barato e simples de montar.A tecnologia foi desenvolvida durante o doutorado de João Pedro Aguiar dos Santos, engenheiro eletricista graduado em Engenharia Elétrica pela Pontifícia Universidade Católica de Goiás e mestre e doutor em Engenharia Elétrica pela Unicamp. No mestrado, ele havia estudado supercapacitores, baterias de íon lítio e de íons de sódio. No doutorado, sob orientação do professor César Pagan e coorientação do professor Hudson Zanin, ambos da FEEC, voltou-se às baterias de fluxo, capazes de armazenar grandes quantidades de energia.As baterias de fluxo tradicionais funcionam como um conjunto de placas empilhadas, ligadas a mangueiras e bombas externas que fazem o eletrólito circular. Esse sistema sofre com vazamentos frequentes, e o risco cresce junto com o tamanho do conjunto de baterias. Outro problema comum é o crescimento de dendritos, pequenas estruturas que se formam dentro da bateria e podem causar curto-circuito.Um novo formato para resolver problemas antigosEm suas pesquisas, Santos percebeu que não existia equipamento pronto no mercado para montar o tipo de bateria que vislumbrava. Por isso, teve que construí-la do zero, e foi dessa dificuldade que surgiu um pedido de patente mais adiante, depositado no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI) com estratégia da Agência de Inovação Inova Unicamp. “Durante os estudos, percebi que não existia nenhum tipo de design ou setup experimental que pudéssemos comprar para montar a bateria. Isso foi um grande desafio, porque tivemos que montar desde as células até os reatores maiores para fazer os experimentos no laboratório”, explica o engenheiro.Em vez de empilhar placas paralelas, como fazem as baterias tradicionais, os inventores criaram um design cilíndrico. A bateria tem um eletrodo em formato de anel grande e outro em formato de anel pequeno, um dentro do outro, com as faces voltadas uma para a outra. As células ficam seladas individualmente e podem ser conectadas em série sem precisar ser empilhadas, o que reduz bastante o risco de vazamento de eletrólitos.Foto: Igor Alisson – Inova UnicampOutro destaque está na forma como o eletrólito circula dentro da bateria. As baterias de fluxo tradicionais dependem de bombas e mangueiras externas, que podem entupir ou quebrar e exigem desmontar todo o sistema para consertar. No design proposto pela nova tecnologia, uma pequena turbina gira dentro da própria bateria e faz o eletrólito circular internamente, sem mangueiras. Isso elimina um dos pontos mais frágeis das baterias de fluxo atuais.O desenvolvimento da tecnologia como um todo envolveu conhecimentos de diferentes áreas. “Foi um sistema multidisciplinar, unindo engenharia mecânica, eletrônica e eletroquímica, e tivemos que construir tudo do zero”, explica Santos.Desempenho superior em testes de laboratórioEm testes de carga e descarga, a bateria de fluxo giratório alcançou aproximadamente 400 ciclos sem aditivos no eletrólito, superando resultados da literatura, nos quais sistemas semelhantes nas mesma condições não ultrapassaram cerca de 100 ciclos devido ao crescimento de dendritos. Segundo o engenheiro, o ensaio foi interrompido por uma limitação mecânica do anel coletor rotativo que faz o contado elétrico do eletrodo interno, não por falha eletroquímica. Com melhorias nesse componente e o uso de aditivos, a expectativa é superar 3 mil ciclos e melhorar o seu desempenho elétrico.A bateria apresentou ainda 98% de eficiência de carga e cerca de 82% de eficiência de energia, devolvendo a maior parte da energia armazenada e perdendo pouco em forma de calor. Valores acima de 80% já são considerados bons para esse tipo de armazenamento. Em teste prático, a bateria funcionou duas horas seguidas, alimentando LEDs e um ventilador. Leia também: 1.Saúde das baterias impulsiona economia circular dos carros elétricos 2.Com sódio do sal de cozinha, UFPR cria bateria alternativa ao lítio Os pesquisadores também desenvolveram um sistema de gerenciamento da bateria composto por uma placa e um software que monitoram parâmetros como tensão, corrente, temperatura, pH – nível de acidez ou alcalinidade – e condutividade da solução. O sistema inclui ainda uma câmera endoscópica para observar a formação de dendritos, o que permite identificar sinais de risco antes que comprometam o funcionamento da bateria.O acompanhamento dessas variáveis permite avaliar o desempenho e o envelhecimento da bateria e orienta as próximas etapas da pesquisa, que devem investigar aspectos como condutividade e durabilidade.Insumos nacionais e reciclagem já estabelecida no BrasilAlém da arquitetura, outro diferencial é a possibilidade de construir a bateria com insumos disponíveis no Brasil, como grafite, motores, peças mecânicas e eletrólitos à base de água, que não são inflamáveis. O design também pode ser adaptado a três composições químicas diferentes. Nos testes, os pesquisadores utilizaram uma versão solúvel baseada em íons de chumbo dissolvidos em um eletrólito aquoso, aproveitando também a cadeia de reciclagem de chumbo já consolidada no país, capaz de recuperar mais de 98% do material.A diferença em relação às baterias de chumbo-ácido tradicionais está nos eletrodos usados. As baterias comuns usam placas sólidas de chumbo, que se desgastam com o tempo, enquanto na versão dos inventores os eletrodos são feitos apenas de grafite, e o chumbo fica dissolvido na solução, formando depósitos que voltam integralmente para o líquido depois.Sua aplicação é voltada principalmente ao armazenamento estacionário de energia, e não à mobilidade elétrica, como carros, ônibus ou caminhões. Foto: Igor Alisson – Inova UnicampUma bateria de chumbo-ácido tradicional perde mais de 30% da capacidade depois de 400 ciclos, enquanto esta manteve toda a eficiência no mesmo período. A expectativa é que a bateria dure até 20 anos, já que, quando o eletrólito se degrada, basta trocá-lo por um novo.Outra vantagem é o uso do ácido metanossulfônico (MSA) em substituição ao ácido sulfúrico. O MSA é biodegradável e considerado menos tóxico e corrosivo que ácidos minerais tradicionalmente empregados em aplicações desse tipo.Aplicação em energia renovávelQuanto às aplicações, a bateria foi projetada para armazenamento estacionário de energia em grande escala, com potencial para compor sistemas BESS (Battery Energy Storage Systems), normalmente conectados a usinas solares e eólicas ou diretamente à rede elétrica. Nesses sistemas, a energia é armazenada nos períodos de maior geração e utilizada posteriormente nos momentos de maior demanda, contribuindo para aumentar a flexibilidade, a estabilidade e a segurança do sistema elétrico.Esse tipo de aplicação ganhou relevância no Brasil com as discussões relacionadas ao Leilão de Reserva de Capacidade na forma de Potência (LRCAP) para sistemas de armazenamento. Nesse contexto, a bateria de fluxo giratório pode atuar como uma solução nacional de armazenamento de longa duração. Outra aplicação é a redução do chamado curtailment, situação em que parte da geração de uma usina solar ou eólica precisa ser limitada porque a rede não consegue absorver ou transportar toda a energia produzida naquele momento.Em sistemas isolados ou regiões que ainda dependem de geração térmica, a tecnologia pode substituir geradores a diesel, cuja eficiência é inferior a 40% e que apresentam emissões significativas de dióxido de carbono. Santos ressalta que, pelas características da tecnologia, sua aplicação é voltada principalmente ao armazenamento estacionário de energia, e não à mobilidade elétrica, como carros, ônibus ou caminhões.Para chegar ao mercado, a tecnologia precisa ser licenciada por empresas interessadas em dar continuidade ao seu desenvolvimento e criar soluções de armazenamento de energia. A Agência de Inovação Inova Unicamp conecta essa e outras pesquisas e tecnologias a empresas e instituições interessadas em transferência de tecnologia. O contato inicial com a Inova deve ser feito por meio de um formulário de conexão disponível no site da Agência.Por Isabele Scavassa | Inova UnicampThe post Unicamp cria bateria mais segura para armazenar energia solar e eólica appeared first on CicloVivo.