Pesquisadores da Columbia Engineering desenvolveram uma bateria inovadora que promete transformar a forma como armazenamos energia renovável. Utilizando materiais abundantes como potássio, sódio e enxofre, essa nova tecnologia conhecida como bateria K-Na/S oferece uma solução de baixo custo e alta eficiência para o armazenamento de energia de longa duração.
Essa bateria atinge quase sua capacidade máxima a 75°C, fornecendo 1.655 mAh por grama de enxofre. Além disso, com concentrações elevadas de enxofre de até 4M, as baterias mantêm 71% de sua capacidade após 1.000 ciclos a uma taxa de descarga de 2mA/cm². De acordo com os pesquisadores, essa inovação oferece densidades de energia entre 150–250 Wh por quilograma, tornando-a ideal para sistemas de armazenamento de energia de longo prazo.
Bateria sustentável garante fornecimento contínuo em condições adversas
Fontes de energia renovável, como a eólica e a solar, são essenciais para um futuro sustentável. No entanto, elas enfrentam uma limitação crucial: não geram eletricidade de forma constante. Portanto, o armazenamento eficiente dessa energia é fundamental para garantir um fornecimento contínuo. As baterias K-Na/S da Columbia surgem como uma solução promissora, oferecendo armazenamento de energia de baixo custo e alta eficiência, utilizando materiais abundantes na Terra.
As baterias K-Na/S enfrentavam dois grandes desafios: baixa capacidade devido à formação de compostos sólidos inativos como K2S2 e K2S, e a necessidade de operar em temperaturas elevadas acima de 250°C. Essas altas temperaturas complicavam o gerenciamento térmico e aumentavam os custos. Tentativas anteriores de melhorar a capacidade foram frustradas por precipitados sólidos que obstruíam o processo de difusão.
Engenheiros superam desafios no armazenamento de energia renovável
Para superar esses obstáculos, a equipe liderada pelo professor Yuan Yang, desenvolveu um novo eletrólito à base de amida. Este eletrólito aumenta a solubilidade de K2S2 e K2S, melhorando significativamente o movimento iônico e as taxas de reação. Como resultado, as baterias K-Na/S agora operam em temperaturas mais baixas, entre 50–100°C, e alcançam uma voltagem mais alta de aproximadamente 2,1 V, superando as baterias tradicionais de enxofre de sódio e potássio.
“Nossa abordagem atinge capacidades de descarga quase teóricas e um ciclo de vida prolongado. Isso é extremamente empolgante no campo das baterias K/S de temperatura intermediária”, afirmou Zhenghao Yang, coautor do estudo e aluno de doutorado.
A nova mistura de eletrólitos, que inclui acetamida e ε-caprolactama, permite a dissolução de K2S até 1,43M a 75°C. Este avanço permite que a bateria alcance quase toda a sua capacidade de descarga, melhorando tanto a densidade de energia quanto a de potência. Os pesquisadores demonstraram que a bateria retém 71% de sua capacidade mesmo após 1.000 ciclos, e graças ao uso de materiais amplamente disponíveis, representa uma solução econômica para o armazenamento de energia.
Solução de baixo custo para energia estável com foco em sustentabilidade
Embora a equipe esteja atualmente focada em baterias de pequeno porte, do tamanho de uma moeda, eles planejam escalar a tecnologia para armazenar grandes quantidades de energia renovável no futuro. “Se bem-sucedidas, essas baterias podem fornecer um suprimento de energia estável e confiável a partir de fontes renováveis, mesmo durante períodos de pouco vento ou luz solar”, explicaram os pesquisadores.
O objetivo principal é otimizar a composição do eletrólito para melhorar ainda mais o desempenho da bateria. Com melhorias contínuas, a tecnologia de bateria K-Na/S da Columbia tem um enorme potencial para tornar a energia renovável mais confiável e acessível, revolucionando os sistemas de energia futuros.