As fontes de energia renováveis ​​podem variar na quantidade de energia que são capazes de fornecer - é por isso que as baterias são usadas para armazenar temporariamente a energia. O problema com as baterias de íon de lítio é sua curta vida útil, enquanto as baterias de fluxo redox têm, Até a presente data, tem custo proibitivo. Agora, Contudo, novos sistemas de fluxo redox inovadores estão disponíveis com o mesmo preço que as baterias de íon de lítio, e duram o dobro do tempo. Volterion é um spin-off do Fraunhofer Institute for Environmental, Segurança e Tecnologia de Energia UMSICHT, e conseguiu reduzir drasticamente os custos de fabricação envolvidos.

Nosso fornecimento de energia depende cada vez mais de fontes renováveis ​​de energia. Contudo, sua produção de energia flutua amplamente - exigindo um meio para armazenar essa energia elétrica até que seja necessária. Os potentes sistemas de bateria também são parte integrante de outras tecnologias modernas, como as soluções de eletromobilidade. A rede não está equipada, por exemplo, para acomodar estações de carregamento rápido operando a 350 quilowatts. Nem a rede elétrica cobre todos os locais onde seria sensato instalar tais estações. As baterias de íon de lítio são de uso limitado em tais cenários, até mesmo devido às suas insuficiências em relação à durabilidade do ciclo. Dois a três anos de carregamento e drenagem dessas baterias duas ou três vezes por dia as tornaria inúteis. Não tão baterias de fluxo redox, que oferecem durabilidade de ciclo superior. Eles também não são inflamáveis, reciclável e facilmente modificado em termos de capacidade e desempenho. Isso os torna particularmente adequados para aplicações em que as baterias são colocadas sob altos níveis de estresse. Mas até agora, apesar dessas vantagens, eles simplesmente têm um custo proibitivo.

As primeiras baterias de fluxo redox acessíveis

Pesquisadores da Fraunhofer UMSICHT em Oberhausen conseguiram cortar drasticamente os custos envolvidos na fabricação de baterias de fluxo redox. As novas baterias inovadoras são fabricadas e comercializadas pela Fraunhofer spin-off Volterion. Para entender como os pesquisadores otimizaram a bateria de fluxo redox, precisamos dar uma breve olhada em como essas baterias são feitas. As baterias de fluxo Redox consistem em pilhas, que por sua vez consiste em células eletroquímicas para converter a energia elétrica em energia química, e tanques de fluido eletrolítico para armazenar essa energia química. Essa estrutura de pilha é a principal razão pela qual as baterias de fluxo redox são tão caras.

Contudo, como Dr. Thorsten Seipp, ex-cientista pesquisador da Fraunhofer UMSICHT e agora diretor-gerente da Volterion, explica:"Conseguimos reduzir o peso da célula para dez por cento da pilha, o que reduz significativamente o custo. Enquanto que, em pilhas convencionais, a espessura de cada célula costumava ser de oito a dez milímetros, conseguimos reduzir isso para dois a três milímetros. "Graças à economia de material, as novas baterias de fluxo redox custam quase o mesmo que uma bateria de íon de lítio, mas duram o dobro do tempo. Pela primeira vez, eles são acessíveis para uso em uma ampla gama de aplicações.

A chave está no material

O sucesso se deve, em primeiro lugar, às melhorias feitas no material. As pilhas são geralmente feitas de um composto de polímero de grafite. Durante o processamento, Contudo, tais materiais perdem suas propriedades de polímero. As longas cadeias de polímero são desfeitas, e o material perde sua flexibilidade e parte de sua estabilidade. As conexões entre células não podem ser soldadas; em vez disso, as células devem ser unidas usando anéis de vedação roscados.

"O que fizemos na Fraunhofer UMSICHT foi modificar o material e o processo de fabricação de forma que o material retenha suas propriedades de polímero. Como resultado, o material permanece estável e flexível e pode ser significativamente mais fino, permitindo que as pilhas sejam soldadas, e eliminando completamente os anéis de vedação de uso rápido, "explica Seipp. Isso torna a produção das pilhas muito mais econômica, e as próprias pilhas mais robustas, também.

Aplicações de estações de tratamento de esgoto a exames de ressonância magnética

One of the first applications of the new redox flow batteries is in a sewage treatment plant. The plant currently uses methane to generate power, and there are plans to make use of photovoltaic facilities as well. A 100-kilowatt battery would match the fluctuations in both energy generation and energy demand, and this will allow the sewage treatment plan to meet its entire energy requirements self-sufficiently. Redox flow batteries could also be extremely useful in hospitals as a power source for MRI scanners.

"Each MRI scanner has an output of 200 kilowatts, so if you have three or four running at the same time, the circuit is soon overloaded. Putting in a new power line is an expensive solution, costing 80, 000 euros a kilometer, making a redox flow battery a good alternative, " says Seipp. MRI scanners run for a few minutes at a time, during which period they consume huge amounts of power, before lying dormant until the next examination. That means that any battery powering the device is exposed to multiple charge cycles daily. "Our optimized batteries are as if made for this application—and indeed any application calling for short bursts of power in quantities that the grid cannot reliably provide, " finishes Seipp.

Atualmente, the researchers at Fraunhofer UMSICHT are working alongside colleagues from Volterion to make further cost savings in the production of the batteries. They are also looking to scale up the size of the applications. No momento, the batteries are designed to deliver between 100 and 300 kilowatts, but in the future this could be multiple megawatts.