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A nova tecnologia de baterias de fluxo tem permanecido à margem do campo de armazenamento de energia, ofuscada por uma cascata aparentemente interminável de melhorias no familiar campo das baterias de íons de lítio. No entanto, as baterias de fluxo poderiam ajudar a desbloquear mais energia eólica e solar, juntamente com vantagens potenciais em custos mais baixos, maior duração e uma pegada ambiental reduzida. Um desses dispositivos está sendo testado agora em Chicago, em um posto de gasolina reaproveitado da década de 1970, equipado com estações de carregamento de veículos elétricos.

Armazenamento de energia de longa duração para carregamento de veículos elétricos

A tecnologia de bateria de fluxo baseia-se literalmente na capacidade de dois líquidos especializados gerarem eletricidade à medida que fluem adjacentes um ao outro, separados por uma membrana fina. Em contraste com as baterias de íon-lítio, aumentar a escala de uma bateria de fluxo é uma questão relativamente simples de aumentar o tamanho dos tanques que contêm os líquidos (leia-se mais sobre baterias de fluxo aqui).

A ciência das baterias de fluxo remonta ao século XIX, mas a sua aplicação à escala da rede, o armazenamento de energia de longa duração, só ganhou amplo interesse quando grandes quantidades de eletricidade disponível de forma intermitente - nomeadamente energia eólica e solar - começaram a entrar na rede no início dos anos 19.

As baterias de íons de lítio têm feito um trabalho heróico no gerenciamento desses recursos ligados e desligados até agora. No entanto, eles duram apenas parte do dia. Será necessário mais armazenamento de energia, por períodos mais longos, à medida que a energia eólica e solar substituem mais centrais eléctricas fósseis.

Num consequente desenvolvimento paralelo, à medida que mais veículos eléctricos circulam nas estradas, mais electricidade será necessária para o carregamento dos VE, o que também terá impacto na necessidade de armazenamento de energia de longa duração.

Uma nova bateria de fluxo com um toque de estado sólido

O Departamento de Energia dos EUA tem procurado várias soluções de longa duração para carregamento de veículos elétricos, e a mais recente a atrair a atenção é um sistema de bateria de fluxo desenvolvido pela startup alemã CMBlu, sob o nome proprietário SolidFlow.

Isso pode parecer um oxímoro, mas o nome se refere a uma combinação de tecnologia de bateria de fluxo e tecnologia de estado sólido.

"Pilhas conversoras de energia estão no centro de nossa tecnologia modular de bateria de fluxo redox”, afirma CMBlu.

“Tanto a redução quanto a oxidação, os principais processos eletroquímicos, ocorrem nessas pilhas, embora fisicamente separadas uma da outra”, acrescenta a empresa. “A potência da bateria depende do material e da área superficial dos eletrodos, bem como da cinética do processo redox. Aumentar o tamanho da pilha produz uma produção maior.”

Quanto à duração, os conjuntos de baterias de lítio geralmente duram cerca de 4 a 6 horas, embora algumas novas fórmulas estejam se aproximando de um período de 8 horas. CMUBlu afirma que sua bateria de fluxo pode durar 2 a 3 vezes mais por ciclo do que uma matriz típica de íons de lítio de 4 horas.

Carregamento de EV com bateria de fluxo em posto de gasolina reabilitado dos anos 1970

A nova bateria da CMBlu está sendo testada no Smart Energy Plaza, um antigo posto de gasolina localizado no Laboratório Nacional Argonne, em Chicago, uma filial do Departamento de Energia dos EUA.

O posto de gasolina foi construído para o laboratório na década de 1970. Reabilitada e reaproveitada como Smart Energy Plaza, a instalação é usada para pesquisas sobre a integração do carregamento de EV com energia renovável, sistemas de construção e armazenamento de energia.

“A instalação pode acomodar uma variedade de equipamentos, com energia conectada à rede de até 2 MW e 80 kW de energia solar disponível através de vários barramentos de tensão no edifício (comercial 480 VCA e 208 VCA, residencial 240/120 VCA e distribuição CC),” Argonne observa.

O teste faz parceria entre Argonne e Idaho National Laboratory, com o objetivo de validar a tecnologia para uso em microrredes resilientes e carregamento de veículos elétricos.

“O projeto colaborativo visa melhorar microrredes em climas frios e tornar carregamento rápido de veículos elétricos mais acessíveis em comunidades carentes”, observa Argonne, acrescentando que as microrredes são comumente usadas em ambientes remotos e hospitais ou outros locais críticos. O Departamento de Defesa dos EUA também vem adotando Microrredes para substituir o diesel.

Baterias de fluxo para carregamento de veículos elétricos em climas frios

Se você percebeu aquela coisa sobre climas frios, essa é uma consideração importante para sistemas de armazenamento de energia.

Além de validar a tecnologia da CMBlu, os dois laboratórios nacionais estão ansiosos para mostrar sua experiência em baterias de fluxo. Os laboratórios de Argonne e Idaho foram especialmente selecionados pelo Departamento de Energia para o teste.

“Este trabalho premiado oferece um caminho único para mostrar os pontos fortes do INL e do Argonne para explorar o desempenho da bateria de fluxo em temperaturas mais frias que a ambiente, relevante para as necessidades de armazenamento de energia em latitudes norte e condições de inverno”, entusiasmou-se Kevin Gering, que detém o título de ilustre cientista do INL.

Além dos dados da microrrede coletados no Smart Energy Plaza, a bateria SolidFlow também passará por testes de desempenho no INL Battery Test Center em Idaho, incluindo uma avaliação de desempenho sob diferentes temperaturas.

“Esses testes rigorosos são cruciais para garantir a confiabilidade da tecnologia em diversos ambientes”, enfatiza Argonne.

As baterias de fluxo podem ajudar, e não prejudicar, as baterias de íons de lítio

A CMBlu está especialmente interessada em promover o SolidFlow como uma solução para carregamento rápido de vários veículos elétricos ao mesmo tempo. Em vez de aumentar a quantidade de energia disponível na rede — o que é praticamente impossível em algumas circunstâncias — uma bateria de fluxo pode ser implantada para criar capacidade de armazenamento extra para horários de pico de carregamento.

Uma bateria de fluxo também pode aproveitar as taxas mais baixas fora dos horários de pico da rede para armazenar energia, ajudando a reduzir os custos de carregamento de VE. Além disso, a ligação a painéis solares e outros recursos energéticos renováveis ​​locais pode ajudar a reduzir custos e melhorar a resiliência.

Dependendo dos regulamentos de serviços públicos locais, os proprietários das estações de carregamento também podem usar a bateria de fluxo para vender o excesso de capacidade à rede. A CMBlu observa que o seu sistema é habilitado por software para facilitar tais transações com os mercados atacadistas de energia.

Num benefício potencial para a cadeia de abastecimento de VE, as baterias de fluxo estacionário ajudariam a libertar mais recursos para aplicações móveis de armazenamento de energia. Em vez da situação actual, em que o lítio e outros materiais críticos estão a ser desviados para o armazenamento estacionário de energia, todos eles poderiam fluir para a cadeia de abastecimento automóvel de veículos eléctricos.

Baterias de fluxo e impactos ambientais

Baterias de fluxo podem aparecer em veículos elétricos algum dia, embora esse dia esteja longe. Por enquanto, o armazenamento estacionário de energia é o nome do jogo, e as partes interessadas em baterias de fluxo estão ansiosas para destacar as vantagens ambientais dos sistemas de baterias de fluxo em relação à tecnologia de íons de lítio.

O CMBlu, por exemplo, observa que as baterias de fluxo não usam os metais e terras raras exigidos nos sistemas baseados em lítio. Eles também não são tóxicos e não são inflamáveis.

“Nossos eletrólitos orgânicos estão livres de materiais raros e matérias-primas conflitantes provenientes de mineração precária e ecologicamente questionável”, acrescenta CMBlu. “Além do mais, eles são totalmente recicláveis.”

Além da validação em laboratório, os EUA estão prestes a realizar um teste real da tecnologia da CMBlu. Em agosto, a concessionária de energia pública sem fins lucrativos Salt River Project, no Arizona, assinou um projeto piloto de bateria de fluxo para demonstrar o armazenamento de energia de longa duração na área de Phoenix.

A bateria de fluxo de 5 megawatts atende ao período de 10 horas utilizado pelo Departamento de Energia para definir a referência mínima para sistemas de armazenamento de energia de longa duração.

Espera-se que o sistema Phoenix esteja instalado e funcionando em dezembro de 2025 e um projeto piloto adicional está em andamento em Milwaukee, portanto, fique ligado para saber mais sobre isso.

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Imagem: Departamento de Energia Praça de Energia Inteligente em Chicago servirá como banco de testes para a nova tecnologia de baterias de fluxo (cortesia do Argonne National Laboratory).

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• Fonte: https://cleantechnica.com/2023/12/07/new-flow-battery-ev-fast-charging-critical-materials/