Os cientistas do Oak Ridge National Laboratory desenvolveram um componente crucial para um novo tipo de sistema de bateria estacionária de baixo custo utilizando materiais comuns e projetado para armazenamento de eletricidade em escala de rede.

Grande, sistemas econômicos de armazenamento de eletricidade podem beneficiar a rede elétrica do país de várias maneiras:balanceamento de cargas entre os horários de pico e fora de pico; fornecimento de energia durante interrupções; armazenamento de eletricidade de fontes flutuantes como energia eólica e solar; e acomodando carregamento extremamente rápido de veículos elétricos.

A rede depende principalmente de instalações hidrelétricas para armazenamento de energia, embora os sistemas estacionários que usam baterias de íon-lítio estejam aumentando. Contudo, O lítio é caro e, em grande parte, obtido de países fora dos Estados Unidos.

Algumas concessionárias têm testado sistemas de bateria de fluxo redox (RFB) que são um cruzamento entre uma bateria convencional e uma célula de combustível. RFBs são adequados para aplicações de grade porque são duráveis, longa vida, facilmente escalável, e ter um tempo de resposta rápido. Contudo, a maioria dos RFBs testados hoje dependem de um sistema à base de água (aquoso), o que diminui a quantidade de eletricidade que pode ser armazenada - também chamada de densidade de energia.

Uma bateria de fluxo não aquosa que usa, materiais de baixo custo no lugar de água e podem armazenar grandes quantidades de energia em um volume menor tem sido uma das principais prioridades dos cientistas de baterias. Um dos obstáculos foi o desenvolvimento de uma membrana adequada para separar os eletrólitos positivos e negativos na bateria, permitindo a transferência de íons.

Os cientistas do ORNL desenvolveram agora uma membrana para uma base de sódio, RFB não aquoso que poderia dobrar ou triplicar a densidade de energia normalmente vista em RFBs de base aquosa. A obra está sendo financiada pelo Escritório de Eletricidade do Departamento de Energia e seu programa de Armazenamento de Energia, e por financiamento dirigido por laboratório no ORNL.

A membrana é feita de um comum, polímero de baixo custo, óxido de polietileno (PEO). Sua condutividade foi aprimorada por incríveis 100 vezes com a adição de um plastificante:éter dimetílico de tetraetilenoglicol. Contudo, a mistura também reduziu a resistência mecânica da membrana. Para compensar esse efeito, os cientistas misturaram o PEO com carboximetilcelulose - outro comum, material seguro freqüentemente usado como espessante na indústria alimentícia. A combinação das três substâncias resulta em uma membrana muito durável que deve funcionar bem em baterias de alta energia.

"Os sistemas redox não aquosos operam em alta tensão, permitindo maior densidade de energia. Mas a chave é atingir alta densidade de energia sem nenhuma penalidade de custo, "disse Jagjit Nanda, o investigador principal do projeto na Divisão de Ciência e Tecnologia de Materiais do ORNL.

Rose Ruther, um colaborador da Divisão de Ciência de Energia e Transporte, disse que "trata-se realmente da química do sistema e da compreensão de como tudo se conecta e por que estamos obtendo esse grande aprimoramento na condutividade com a membrana".

A pesquisa é detalhada em um artigo de jornal, "Baixo custo, mecanicamente robusto, membranas condutoras de íons de sódio para baterias de fluxo redox não aquosas, "publicado recentemente em Cartas de energia ACS .

"Há um grande esforço para encontrar soluções de armazenamento de energia para a rede. Grandes sistemas de armazenamento de energia podem ser uma proposta muito cara, "Ruther disse." Escalas de custos com o tamanho, então, se pudermos aumentar a densidade de energia, isso pode resultar em uma grande economia. "

“O Santo Graal é um sistema que não usa escassos, recursos caros e tem um maior potencial de comercialização a um custo menor "do que as tecnologias de bateria atuais, Disse Nanda. "O elo mais fraco do sistema é a membrana, e fizemos progresso para resolver esse problema com este novo, protótipo de baixo custo. "

A próxima etapa do projeto é desenvolver ainda mais a membrana para torná-la mais seletiva na prevenção do cruzamento de contra-íons e melhorar sua flexibilidade mecânica e robustez.