A venda de veículos elétricos (VEs) cresceu exponencialmente nos últimos anos, assim como a necessidade de fontes de energia renováveis para movê-los, como solar e eólica. Havia quase 1,8 milhão de veículos elétricos registrados nos EUA em 2020, o que é mais de três vezes mais em 2016, de acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA).
Os veículos elétricos exigem que a energia esteja disponível em qualquer lugar e a qualquer hora, sem atrasos na recarga, mas a solar e a eólica são fontes de energia intermitentes que não estão disponíveis sob demanda. E a eletricidade que eles geram precisa ser armazenada para uso posterior e não vai para o lixo. É aí que o Dr. Yu Zhu, professor da Escola de Ciência de Polímeros e Engenharia de Polímeros da UA, e sua equipe de pesquisa entram, desenvolvendo uma maneira mais estável de armazenar esta importante energia.
Como o posto de gasolina de hoje, as estações de energia elétrica precisam de um sistema de armazenamento para manter a eletricidade do VE em carga constante. Baterias de fluxo redox (RFB) escalonáveis e de baixo custo estão entre as tecnologias mais adequadas para tal sistema; entretanto, os RFBs atuais usam materiais ativos de alto custo e ambientalmente perigosos (eletrólitos). Recentemente, materiais orgânicos solúveis em água foram propostos como futuros eletrólitos nos RFBs (nomeadamente RFBs orgânicos aquosos, ou AORFBs). Eletrólitos de base orgânica podem ser obtidos de fontes renováveis e fabricados com baixíssimo custo. No entanto, a falta de materiais eletrolíticos orgânicos solúveis em água estáveis, particularmente o eletrólito positivo (católito), é um grande obstáculo para os AORFBs.
O grupo de pesquisa de Zhu, em colaboração com cientistas do Pacific Northwestern National Laboratory liderado pelo Dr. Wei Wang, desenvolveu com sucesso o católito mais estável (eletrólito positivo) até o momento em AORFBs e demonstrou células que mantiveram mais de 90 por cento da capacidade em 6.000 ciclos, projetando mais de 16 anos de serviço ininterrupto a um ritmo de um ciclo por dia. Sua pesquisa foi publicada recentemente na Nature Energy e incluiu contribuições dos alunos de doutorado de Zhu, Xiang Li e Yun-Yu Lai.
“O desenvolvimento de RFBs de alto desempenho enriquecerá a categoria de sistemas de armazenamento de energia elétrica e complementará a deficiência de fontes de energia renováveis intermitentes, melhorando muito a usabilidade de instalações movidas a eletricidade, como veículos,” disse Zhu. “Para melhorar significativamente o desempenho dos RFBs orgânicos aquosos, a urgência de desenvolver um novo católito é crucial.”
No artigo da Nature Energy, a equipe não apenas demonstrou um católito de última geração em AORFBs, mas também forneceu uma estratégia totalmente nova para projetar católito solúvel em água para aumentar sua solubilidade (densidade de energia) na água. Em vez de anexar um grupo funcional hidrofílico para melhorar a solubilidade das moléculas, os pesquisadores mudam a simetria das moléculas, o que resulta em um aumento dramático da solubilidade. Com a nova estratégia de design, a equipe planeja projetar novos materiais para que possam amadurecer ainda mais os RFBs.
Um pedido de patente foi submetido com base na tecnologia desenvolvida nesta pesquisa. A escalabilidade dos materiais será estudada posteriormente na Akron PolyEnergy Inc., uma empresa spinout da UA cofundada por Zhu que se concentra no desenvolvimento de materiais em dispositivos de armazenamento de energia, incluindo baterias de íon de lítio e baterias de fluxo.
Publicado em 21/08/2021 10h09
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