Ellen Matson, deixou, professor assistente de química, e a estudante de doutorado Lauren VanGelder trabalhando no laboratório de Matson. VanGelder é o autor principal de um artigo que descreve modificações em uma bateria de fluxo redox que a torna quase duas vezes mais eficaz para armazenamento de energia eletroquímica. Crédito:Foto da Universidade de Rochester / Matson Lab
Para abastecer comunidades inteiras com energia limpa, como energia solar e eólica, um sistema de armazenamento de backup confiável é necessário para fornecer energia quando o sol não está brilhando e o vento não sopra.
Uma possibilidade é usar qualquer excesso de energia solar e eólica para carregar soluções de produtos químicos que podem ser posteriormente armazenados para uso quando a luz solar e o vento são escassos. Naquela hora, as soluções químicas de carga oposta podem ser bombeadas através de eletrodos sólidos, criando assim uma troca de elétrons que fornece energia para a rede elétrica.
A chave para esta tecnologia, chamada de bateria de fluxo redox, está encontrando produtos químicos que podem não apenas "transportar" carga suficiente, mas também ser armazenado sem degradar por longos períodos, maximizando assim a geração de energia e minimizando os custos de reabastecimento do sistema.
Pesquisadores da Universidade de Rochester, trabalhando com colegas da Universidade de Buffalo, acreditam ter encontrado um composto promissor que pode transformar a paisagem de armazenamento de energia.
Em um artigo publicado em Ciência Química , um jornal de acesso aberto da Royal Society of Chemistry, pesquisadores do laboratório de Ellen Matson, professor assistente de química, descrevem a modificação de um aglomerado de óxido metálico, que tem propriedades eletroativas promissoras, de modo que é quase duas vezes mais eficaz do que o cluster não modificado para armazenamento de energia eletroquímica em uma bateria de fluxo redox.
"As aplicações de armazenamento de energia com polioxometalatos são muito raras na literatura, "diz a autora principal Lauren VanGelder, um Ph.D. do terceiro ano estudante no laboratório de Matson. "Há talvez um ou dois exemplos anteriores ao nosso, e eles realmente não maximizaram o potencial desses sistemas. "
Uma bateria de fluxo redox usa o excesso de energia solar e eólica para carregar soluções de produtos químicos que podem ser posteriormente armazenados para uso quando a luz solar e o vento são escassos. Naquela hora, as soluções químicas de carga oposta podem ser bombeadas através de eletrodos sólidos, criando assim uma troca de elétrons que fornece energia para a rede elétrica. Crédito:ilustração da Universidade de Rochester / Michael Osadciw
"Esta é realmente uma área inexplorada de desenvolvimento molecular, "acrescenta Matson.
O cluster foi desenvolvido pela primeira vez no laboratório do químico alemão Johann Spandl, e estudado por suas propriedades magnéticas. Testes conduzidos por VanGelder mostraram que o composto pode armazenar carga em uma bateria de fluxo redox, "mas não foi tão estável quanto esperávamos."
Contudo, fazendo o que Matson descreve como "uma modificação molecular simples" - substituindo os grupos metóxido derivados do metanol do composto por ligantes etóxido à base de etanol - a equipe foi capaz de expandir a janela potencial durante a qual o cluster ficou estável, dobrando a quantidade de energia elétrica que poderia ser armazenada na bateria.
Diz Matson:"O que é realmente legal neste trabalho é a maneira como podemos gerar os clusters de etóxido e metóxido usando metanol e etanol. Ambos os reagentes são baratos, prontamente disponível e seguro para uso. Os átomos de metal e oxigênio que compõem o restante do aglomerado são elementos abundantes na terra. O simples, síntese eficiente deste sistema é uma direção totalmente nova no desenvolvimento de portadores de carga que, nós acreditamos, irá definir um novo padrão no campo. "
Os testes eletroquímicos necessários para este estudo envolveram equipamentos e técnicas não utilizados anteriormente no laboratório Matson. Daí a colaboração com Timothy Cook, professor assistente de química da Universidade de Buffalo, e Anjula Kosswattaarachchi, um estudante de graduação do quarto ano no laboratório Cook. VanGelder visitou o laboratório Cook para treinamento em equipamentos de teste, e por sua vez ajudou Kosswattaarachchi com a síntese de compostos.
Os dois grupos se candidataram a uma bolsa da National Science Foundation como parte de uma colaboração contínua para refinar ainda mais os clusters para uso em baterias comerciais de fluxo redox.
Matson destacou o "papel crucial" desempenhado por VanGelder, que conduziu os testes e experimentos iniciais nos agrupamentos enquanto Matson estava de licença maternidade. "Como estudante de graduação do terceiro ano, ela fez um trabalho incrível ao iniciar este projeto. Ela desempenhou um papel importante na condução deste esforço de pesquisa no laboratório, "Diz Matson.
