Novo Design para Baterias de Fluxo

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Um novo design para melhores baterias de fluxo redox
Um novo projeto para baterias de fluxo redox de vanádio poderia ajudar a pesquisa fundamental e
acelerar a comercialização dessa tecnologia de armazenamento de energia.
Dentro do domínio do armazenamento de energia, as baterias de fluxo redox, nas quais a energia é
gerada a partir de eletrólitos líquidos de recirculação, são estrelas em ascensão com a promessa de
melhor segurança, capacidade de geração de energia e sustentabilidade.
Como o armazenamento e a saída da bateria dependem da quantidade de eletrólitos usados, essas
baterias podem ser facilmente dimensionadas para atingir uma potência de saída e carga desejada
simplesmente alterando o tamanho do tanque de eletrólitos. As baterias de fluxo também têm a
vantagem adicional de auto-descarga mínima ou perda de energia por longos períodos de tempo e seus
eletrólitos não se degradam.
A mais estudada e comercializada desta tecnologia é a bateria de fluxo redox de vanádio, desenvolvida
em 1986. Desde então, mais de 70 instalações independentes em todo o mundo operam e fornecem
energia para redes elétricas usando baterias de fluxo, atingindo centenas de MW / MWh de
armazenamento de energia.
Embora sua integração ativa seja promissora, ainda há espaço para melhorias. De acordo com uma
equipe de pesquisa liderada pelo professor Roman Pichugov de D.I. Mendeleev University of Chemical
Technology of Russia, sua distribuição generalizada ainda é dificultada por limitações em seus
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parâmetros de desempenho, como densidade de energia e descarga, bem como o alto custo de
armazenamento de energia.
Em um artigo recente publicado na ChemPlusChem, a equipe propõe que uma solução para esses
problemas poderia ser um novo design. “Propusemos um projeto completamente novo de [conselheiro
de membrana elétrodo], que facilitará o processo de pesquisa e reduzirá muito o limite de entrada para
novos grupos de pesquisa nessa área”, disse Dmitry Konev, pesquisador do NTI Competence Center do
IPCP RAS e um dos autores do estudo. “No futuro, isso ajudará a alcançar progressos significativos e
trará recursos energéticos distribuídos do posicionamento de nicho para um nível muito alto de
comercialização.”
Representação esquemática do MEA desenvolvido da bateria de fluxo redox
O conjunto de eletrodos de membrana é o coração de uma bateria de fluxo e um elemento-chave para
aumentar sua potência e eficiência. É uma pilha montada de membranas de troca iônica, catalisadores e
eletrodos que oxidam um eletrólito enquanto reduz o outro para produzir elétrons e uma carga elétrica.
Um componente elementar importante do conjunto de membrana-eletrodo são as placas de campo de
fluxo, que controlam o movimento de eletrólitos além dos eletrodos da membrana. Otimizar os campos
de fluxo pode gerar um melhor desempenho da bateria, mas selecionar os materiais e parâmetros
corretos é uma tarefa intensiva e demorada.
Em seus estudos, os autores descrevem a dificuldade em comparar estudos que buscam otimizar os
parâmetros da bateria, como o tipo de campo de fluxo e o fluxo de eletrólitos, que atribuem a pequenas
diferenças nas configurações de células de teste de bateria. Isso enfatiza a importância de determinar
experimentalmente a seleção de campo de fluxo ideal através de uma revisão sistêmica. No entanto,
isso é quase impossível, uma vez que os campos de fluxo convencionais são criados em um processo
caro, intensivo e demorado.
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Assim, a equipe propôs uma abordagem diferente, onde as placas bipolares convencionais feitas de
grafite a granel são substituídas por folhas de folha de grafite de várias camadas.
“Nós formamos campos de fluxo usando várias camadas finas de materiais de grafite flexíveis: os
padrões necessários são cortados por um laser e, em seguida, essas camadas são sobrepostas umas
às outras para obter o campo necessário”, disse Pichugov. “O procedimento para criar campos de fluxo
leva apenas alguns minutos, o que é muito menor do que a fresagem tradicional de grafite. Além disso,
materiais mais baratos são usados e, como resultado, há mais espaço para variação e seleção de
campos de fluxo.
A bateria de fluxo modificada demonstrou parâmetros de alto desempenho e superou as células usando
placas de grafite com o mesmo campo de fluxo. A equipe espera que esse avanço ajude a melhorar a
pesquisa fundamental e aplicada em baterias de fluxo de vanádio.
Referência: Roman Pichugov, et al. Variação do campo de fluxo de eletrólitos: uma célula para teste e
otimização do conjunto de eletrodos de membrana para baterias de fluxo de redox de vanádio,
ChemPlusChem (2020). DOI: 10.1002/cplu.202000519
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https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/cplu.202000519
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