Bateria que recarrega com luz ou célula solar que armazena energia?

Redação do Site Inovação Tecnológica -  03/05/2017

Uma das vantagens das baterias fotovoltaicas é que elas são finas e leves. [Imagem: Han-Don Um, et al. - 10.1039/C6EE03266D]

Bateria fotovoltaica

Enquanto pesquisadores canadenses não desenvolvem sua bateria solar orgânica a partir do zero, uma equipe do Instituto de Ciência e Tecnologia de Ulsan, na Coreia do Sul, deu um salto na área mesclando duas tecnologias já existentes.

Han-Don Um e seus colegas desenvolveram uma nova tecnologia de recarregamento de baterias mesclando as tradicionais células solares de silício de alta eficiência e as baterias de íons de lítio.

A bateria fotorrecarregável portátil se reabastece tanto sob a luz solar direta quanto com a luz presente em ambientes internos. Quando a luz se vai - à noite ou no escuro - a energia armazenada continua fluindo, alimentando o aparelho ao qual ela estiver conectada.

Embora nenhuma das tecnologias seja nova, o trabalho nesse campo das baterias fotovoltaicas consiste em integrar as duas tecnologias, compondo um dispositivo único - "monoliticamente integrado", como os pesquisadores o chamam.

Sistema infinito de armazenamento e conversão de energia

A equipe coreana usou uma técnica de impressão de filmes finos, por meio da qual a bateria de íons de lítio é impressa diretamente sobre o módulo fotovoltaico contendo células solares de silício miniaturizadas.

Para permitir a conexão direta dos dois sistemas de energia, tanto em termos elétricos quanto em termos de estrutura, a equipe usou uma camada de alumínio que desempenha simultaneamente o papel de coletor de corrente da bateria de lítio e de eletrodo das células solares. Isso permite que a bateria seja recarregada sem perda de energia.

O protótipo, do tamanho de um cartão de crédito, acende um LED depois de 20 segundos de recarregamento sob luz solar direta. [Imagem: Han-Don Um, et al. - 10.1039/C6EE03266D]

O protótipo se recarrega em menos de dois minutos com uma eficiência na conversão fotoelétrica-armazenamento de 7,6%.

"Este dispositivo apresenta uma solução para resolver tanto o problema de densidade de energia das baterias quanto a intermitência das células solares," disse o professor Sang-Young Lee. "Mais importante, as baterias têm potência e densidade de energia relativamente altas sob luz solar direta, o que demonstra seu potencial de aplicação como um sistema infinito de armazenamento e conversão de energia solar para uso em veículos elétricos e eletrônicos portáteis."

Bibliografia:

Monolithically integrated, photo-rechargeable portable power sources based on miniaturized Si solar cells and printed solid-state lithium-ion batteries

Han-Don Um, Keun-Ho Choi, Inchan Hwang, Se-Hee Kim, Kwanyong Seo, Sang-Young Lee

Energy & Environmental Science

Vol.: 10 (4): 931

DOI: 10.1039/C6EE03266D

Nova técnica para armazenar eletricidade de fontes renováveis

Redação do Site Inovação Tecnológica -  13/03/2017

Link para o original.

Armazenar o vento e a luz do Sol

As baterias de fluxo, adequadas para armazenar eletricidade em grandes tanques, podem se tornar 1.000 vezes mais estáveis do que os protótipos feitos até agora graças a um novo composto químico que acaba de ser descoberto.

Se essa possibilidade for confirmada nos testes de campo, isto pode significar o passo definitivo para a criação dessas grandes baterias destinadas a armazenar a eletricidade gerada pelas fontes intermitentes de energia, como eólica e solar.

Em vez de ser um componente fechado, como as baterias de celulares, as baterias de fluxo redox usam a eletricidade para produzir compostos químicos, que podem ir sendo guardados em tanques - para aumentar a capacidade da bateria, basta construir mais tanques.

Quando a eletricidade é necessária - à noite ou quando o vento não estiver soprando - basta reverter a reação e pegar a eletricidade de volta. A configuração mais promissora consiste em grandes baterias que recebem eletricidade de várias fontes intermitentes, e liberam uma quantidade média contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Eletricidade em compostos químicos

O grande desafio para essa área tem sido sintetizar compostos químicos que sejam estáveis para que a energia possa ser guardada por longos períodos, e que permitam fazer e desfazer a reação de forma rápida.

Christo Sevov e seus colegas das universidades de Utah e Michigan, nos EUA, identificaram agora compostos que são 1.000 vezes mais estáveis do que os compostos disponíveis e usados nos protótipos atualmente em testes.

"Nosso primeiro composto tinha uma meia-vida entre oito e 12 horas. O composto que simulamos mostrou-se estável na ordem de meses," disse o professor Matthew Sigman, coordenador da equipe - meia-vida é o período no qual metade do químico terá se decomposto e desperdiçado a energia.

Esquema de funcionamento da bateria de fluxo redox. [Imagem: Christo S. Sevov et al. - 10.1021/jacs.7b00147]

Decomposição controlada

Melhor do que isso, o composto só se decompõe quando duas moléculas interagem uma com a outra. "Estas moléculas não podem se decompor se não se juntarem. Você pode configurá-las para evitar que elas se juntem," disse a professora Melanie Sanford, referindo-se a um parâmetro-chave das moléculas, um fator que descreve o peso de um componente molecular que pode ser usado como uma espécie de escudo contra a outra molécula.

O anólito - um eletrólito que funciona como ânodo - mais interessante é baseado na molécula orgânica piridínio, que não contém metais e é dissolvida em um solvente orgânico, aumentando ainda mais a sua estabilidade. Outros compostos apresentaram meias-vidas mais longas, mas este anólito fornece a melhor combinação de estabilidade e potencial redox, que está diretamente relacionado à quantidade de energia que ele pode armazenar.

O próximo passo é sintetizar o composto em quantidades suficientes para testá-lo na prática.

Bibliografia:

Physical Organic Approach to Persistent, Cyclable, Low-Potential Electrolytes for Flow Battery Applications

Christo S. Sevov, David P. Hickey, Monique E. Cook, Sophia G. Robinson, Shoshanna Barnett, Shelley D. Minteer, Matthew S. Sigman, Melanie S. Sanford

Journal of the American Chemical Society

DOI: 10.1021/jacs.7b00147