Depois de anos fazendo progresso em uma bateria de fluxo aquoso orgânico, Os pesquisadores da Universidade de Harvard encontraram um problema:as moléculas orgânicas de antraquinona que alimentavam sua bateria inovadora estavam se decompondo lentamente com o tempo, reduzindo a utilidade a longo prazo da bateria.

Agora, os pesquisadores, liderados por Michael Aziz, o professor Gene e Tracy Sykes de Materiais e Tecnologias de Energia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) de Harvard John A. Paulson e Roy Gordon, o professor de química Thomas Dudley Cabot e professor de ciência dos materiais - descobriram não apenas como as moléculas se decompõem, mas também como mitigar e até mesmo reverter a decomposição.

A molécula que desafia a morte, chamado DHAQ em seu artigo, mas apelidado de "quinona zumbi" no laboratório, está entre os mais baratos de produzir em grande escala. O método de rejuvenescimento da equipe reduz a taxa de desbotamento da capacidade da bateria em pelo menos um fator de 40, enquanto permite que a bateria seja composta inteiramente de produtos químicos de baixo custo.

A pesquisa foi publicada no Jornal da American Chemical Society .

"O baixo custo de produção em massa é realmente importante se as baterias de fluxo orgânico vão ganhar ampla penetração no mercado, "disse Aziz." Então, se pudermos usar essas técnicas para estender a vida útil do DHAQ para décadas, então temos uma química vencedora. "

"Este é um grande passo para nos permitir substituir os combustíveis fósseis por eletricidade renovável intermitente, "disse Gordon.

Desde 2014, Aziz, Gordon e sua equipe foram pioneiros no desenvolvimento de baterias de fluxo aquoso orgânico seguras e econômicas para armazenar eletricidade de fontes renováveis ​​intermitentes como a eólica e solar e distribuí-la quando o vento não está soprando e o sol não está brilhando. Suas baterias usam moléculas conhecidas como antraquinonas, que são compostos de elementos naturalmente abundantes, como carbono, hidrogênio, e oxigênio, para armazenar e liberar energia.

Inicialmente, os pesquisadores pensaram que a vida útil das moléculas dependia de quantas vezes a bateria foi carregada e descarregada, como em baterias de eletrodo sólido, como íon de lítio. Contudo, na reconciliação de resultados inconsistentes, os pesquisadores descobriram que essas antraquinonas estão se decompondo lentamente ao longo do tempo, independentemente de quantas vezes a bateria foi usada. Eles descobriram que a quantidade de decomposição foi baseada na idade do calendário das moléculas, não com que frequência eles foram carregados e descarregados.

Essa descoberta levou os pesquisadores a estudar os mecanismos pelos quais as moléculas estavam se decompondo.

"Descobrimos que essas moléculas de antraquinona, que têm dois átomos de oxigênio construídos em um anel de carbono, têm uma ligeira tendência de perder um de seus átomos de oxigênio quando são carregados, tornando-se uma molécula diferente, "disse Gordon." Quando isso acontecer, ele começa com uma reação em cadeia de eventos que leva à perda irreversível de material de armazenamento de energia. "

Os pesquisadores descobriram duas técnicas para evitar essa reação em cadeia. A primeira:expor a molécula ao oxigênio. A equipe descobriu que se a molécula é exposta ao ar apenas na parte certa de seu ciclo de carga-descarga, ele pega o oxigênio do ar e se transforma de volta na molécula de antraquinona original - como se estivesse voltando dos mortos. Um único experimento recuperou 70% da capacidade perdida dessa maneira.

Segundo, a equipe descobriu que sobrecarregar a bateria cria condições que aceleram a decomposição. Evitar a sobrecarga estende a vida útil por um fator de 40.

"Em trabalhos futuros, precisamos determinar o quanto a combinação dessas abordagens pode estender a vida útil da bateria se projetarmos corretamente, "disse Aziz.

"Os mecanismos de decomposição e renascimento são provavelmente relevantes para todas as antraquinonas, e as antraquinonas têm sido as moléculas orgânicas mais reconhecidas e mais promissoras para baterias de fluxo, "disse Gordon.

"Este importante trabalho representa um avanço significativo em direção ao baixo custo, baterias de fluxo de longa vida, "disse Imre Gyuk, Diretor do programa Escritório de Armazenamento de Eletricidade do Departamento de Energia. "Esses dispositivos são necessários para permitir que a rede elétrica absorva quantidades crescentes de geração renovável verde, mas variável."