p Uma técnica baseada nos princípios da ressonância magnética permitiu aos pesquisadores observar não apenas como funcionam as baterias de próxima geração para armazenamento de energia em grande escala, mas também como eles falham, que ajudará no desenvolvimento de estratégias para estender a vida útil das baterias em apoio à transição para um futuro zero carbono. p As novas ferramentas, desenvolvido por pesquisadores da Universidade de Cambridge, ajudará os cientistas a projetar sistemas de bateria mais eficientes e seguros para armazenamento de energia em escala de rede. Além disso, a técnica pode ser aplicada a outros tipos de baterias e células eletroquímicas para desembaraçar os complexos mecanismos de reação que ocorrem nesses sistemas, e para detectar e diagnosticar falhas.

p Os pesquisadores testaram suas técnicas em baterias orgânicas de fluxo redox, candidatos promissores para armazenar energia renovável suficiente para abastecer vilas e cidades, mas que se degradam muito rapidamente para aplicações comerciais. Os pesquisadores descobriram que, ao carregar as baterias em uma voltagem mais baixa, eles foram capazes de diminuir significativamente a taxa de degradação, estendendo a vida útil das baterias. Os resultados são relatados no jornal Natureza .

p As baterias são uma peça vital na transição das fontes de energia baseadas em combustíveis fósseis. Sem baterias capazes de armazenamento em escala de rede, será impossível alimentar a economia usando apenas energia renovável. E baterias de íon de lítio, embora seja adequado para eletrônicos de consumo, não escalam facilmente para um tamanho suficiente para armazenar energia suficiente para abastecer uma cidade inteira, por exemplo. Os materiais inflamáveis ​​nas baterias de íon de lítio também representam riscos potenciais à segurança. Quanto maior a bateria, mais danos potenciais ele poderia causar se pegar fogo.

p As baterias de fluxo Redox são uma solução possível para esse quebra-cabeça tecnológico. Eles consistem em dois tanques de eletrólito líquido, um positivo e um negativo, e pode ser ampliado apenas aumentando o tamanho dos tanques, tornando-os altamente adequados para armazenamento de energia renovável. Este tamanho de sala, ou mesmo do tamanho de um prédio, As baterias não inflamáveis ​​podem desempenhar um papel fundamental nas futuras redes de energia verde.

p Várias empresas estão desenvolvendo baterias de fluxo redox para aplicações comerciais, a maioria dos quais usa vanádio como eletrólito. Contudo, vanádio é caro e tóxico, portanto, os pesquisadores de baterias estão trabalhando para desenvolver uma bateria de fluxo redox baseada em materiais orgânicos que são mais baratos e sustentáveis. Contudo, essas moléculas tendem a se degradar rapidamente.

p "Uma vez que as moléculas orgânicas tendem a se decompor rapidamente, isso significa que a maioria das baterias que os usam como eletrólitos não duram muito, tornando-os inadequados para aplicações comerciais, "disse o Dr. Evan Wenbo Zhao, do Departamento de Química de Cambridge, e o primeiro autor do artigo. "Embora já soubéssemos disso há algum tempo, o que nem sempre entendemos é por que isso está acontecendo. "

p Agora, Zhao e seus colegas do grupo de pesquisa da Professora Clare Grey em Cambridge, junto com colaboradores do Reino Unido, Suécia e Espanha, desenvolveram duas novas técnicas para examinar o interior de baterias de fluxo redox orgânicas a fim de entender por que o eletrólito se quebra e melhorar seu desempenho.

p Usando estudos de ressonância magnética nuclear (NMR) em 'tempo real', uma espécie de 'ressonância magnética para baterias' funcional, e métodos desenvolvidos pelo grupo do Professor Grey, os pesquisadores foram capazes de ler os sinais de ressonância das moléculas orgânicas, tanto em seus estados originais quanto na degradação em outras moléculas. Esses estudos de NMR 'operando' da degradação e autodescarga em baterias de fluxo redox fornecem insights sobre os mecanismos internos subjacentes das reações, como a formação de radicais e transferências de elétrons entre as diferentes espécies redox-ativas nas soluções.

p “Existem poucos estudos mecanísticos in situ de baterias de fluxo redox orgânicas, sistemas que atualmente são limitados por problemas de degradação, "disse Gray." Precisamos entender como esses sistemas funcionam e também como eles falham se quisermos fazer progressos neste campo. "

p Os pesquisadores descobriram que, sob certas condições, as moléculas orgânicas tendiam a se degradar mais rapidamente. "Se mudarmos as condições de carga cobrando com uma tensão mais baixa, o eletrólito dura mais, "disse Zhao." Também podemos mudar a estrutura das moléculas orgânicas para que se degradem mais lentamente. Agora entendemos melhor por que as condições de carga e as estruturas moleculares são importantes. "

p Os pesquisadores agora querem aplicar sua configuração de NMR em outros tipos de baterias de fluxo redox orgânicas, bem como em outros tipos de baterias de última geração, como baterias de lítio-ar.

p "Estamos entusiasmados com a ampla gama de aplicações potenciais deste método para monitorar uma variedade de sistemas eletroquímicos enquanto eles estão sendo operados, "disse Gray.

p Por exemplo, a técnica de NMR será usada para desenvolver um dispositivo de 'verificação de integridade' de bateria portátil para diagnosticar sua condição.

p "Usando tal dispositivo, pode ser possível verificar a condição do eletrólito em uma bateria de fluxo redox orgânica em funcionamento e substituí-la se necessário, "disse Zhao." Como o eletrólito dessas baterias é barato e não tóxico, este seria um processo relativamente simples, prolongando a vida útil dessas baterias. "