Para sustentar a civilização humana no futuro, fontes de energia limpa devem ser aproveitadas para substituir os combustíveis fósseis que agora estão poluindo nossa atmosfera. A energia solar e eólica pode fornecer toda a energia necessária. Contudo, o armazenamento será necessário quando o sol não estiver brilhando e o vento não estiver soprando.

As baterias de fluxo orgânico são potencialmente mais seguras, alternativa menos cara para baterias de íon de lítio e baterias de fluxo de vanádio para armazenamento de energia renovável em grande escala.

Agora, Pesquisadores de Harvard demonstraram uma nova molécula orgânica que sobrevive e supera seus predecessores, oferecendo a bateria de fluxo orgânico de alto desempenho de maior duração até hoje. Apelidada de quinona Matusalém, em homenagem à figura bíblica de vida mais longa, essa molécula poderia armazenar e liberar energia de forma útil dezenas de milhares de vezes em períodos de vários anos.

A pesquisa está publicada na revista. Joule .

A pesquisa foi co-liderada por Roy Gordon, o Thomas Dudley Cabot Professor de Química e Professor de Ciência dos Materiais, e Michael Aziz, o Professor Gene e Tracy Sykes de Materiais e Tecnologias de Energia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS).

“Projetamos e construímos um novo composto orgânico que pode armazenar energia elétrica e também tem uma vida útil muito longa antes de se decompor, "disse Gordon." Descobrimos processos de degradação das moléculas que usávamos anteriormente em baterias de fluxo. Então criamos novos, moléculas mais estáveis ​​que evitam esses problemas. "

"Em trabalhos anteriores, tínhamos demonstrado uma química com uma longa vida útil, mas baixa voltagem, o que leva ao armazenamento de baixa energia por molécula, o que leva a um alto custo para uma determinada quantidade de energia armazenada, "disse Aziz." Agora, temos a primeira química que tem estabilidade de longo prazo e chega a mais de um volt, que é comumente considerado o limite para implantação comercial. Acredito que seja a primeira bateria de fluxo de base orgânica que atende a todos os critérios técnicos para implementação prática. "

A nova química baseia-se em pesquisas anteriores lideradas por Aziz e Gordon. A molécula de Matusalém é uma quinona modificada, abundante, molécula de ocorrência natural integrante de processos biológicos como fotossíntese e respiração celular. Colaborando com o professor de química teórica Alán Aspuru-Guzik, sua equipe de pesquisa caracterizou o processo de degradação das moléculas de quinona anteriores em baterias de fluxo e fez modificações para aumentar a vida útil do calendário.

Em experimentos em seus laboratórios, a molécula de Matusalém tinha uma taxa de desbotamento de menos de 0,01 por cento por dia e menos de 0,001 por cento por ciclo de carga / descarga - que extrapola para menos de 3 por cento de degradação ao longo de um ano - e operação útil para dezenas de milhares de ciclos.

Matusalém também se mostrou altamente solúvel, o que significa que pode armazenar mais energia em um espaço menor. Ele opera em um eletrólito alcalino fraco, reduzindo o custo da bateria, permitindo o uso de materiais de contenção de baixo custo e uma membrana de polímero de baixo custo para separar os terminais positivo e negativo.

Todos esses avanços reduzem o custo de armazenamento e podem tornar os produtos químicos de armazenamento orgânico econômicos para descarte de longa duração.

"Esta pesquisa demonstra o potencial dos orgânicos, "disse David Kwabi, um pós-doutorado na SEAS e co-primeiro autor do artigo. "Mostramos que as moléculas orgânicas são viáveis, de longa duração, alternativa econômica às caras baterias de vanádio. "

A pesquisa foi apoiada pelo programa de armazenamento de energia do US DOE Office of Electricity, pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada - Energia, pela Innovation Fund Denmark, pelo Centro de Tecnologia de Energia Limpa de Massachusetts, e pela Harvard School of Engineering and Applied Sciences.

“Este importante trabalho representa um avanço significativo em direção ao baixo custo, baterias de fluxo de longa duração, "disse Imre Gyuk, Diretor do programa de armazenamento de eletricidade do DOE. "Esses dispositivos são necessários para permitir que a rede elétrica absorva quantidades crescentes de geração renovável verde, mas variável."

Com a ajuda do Escritório de Desenvolvimento de Tecnologia de Harvard (OTD), os pesquisadores estão buscando parceiros comerciais para expandir a tecnologia para aplicações industriais. Harvard OTD entrou com um portfólio de patentes pendentes sobre inovações em tecnologia de bateria de fluxo.