Soluções estranhas de armazenamento de energia podem ajudar a rede a se tornar renovável

Estamos todos familiarizados com as baterias. Quer estejamos falando de AAs descartáveis ​​no controle remoto da TV ou instalações gigantes cheias de células recarregáveis ​​para armazenar energia para a rede, eles fazem parte de nossas vidas diárias e são bem compreendidos.

No entanto, novas tecnologias de armazenamento de energia estão no horizonte para fins de armazenamento em rede e são muito diferentes das baterias comuns a que estamos acostumados. Essas tecnologias são essenciais para aproveitar ao máximo as fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, que não estão disponíveis o tempo todo. Vamos dar uma olhada em algumas dessas ideias e como elas mudam radicalmente o que consideramos uma "bateria".

Normalmente, as baterias que usamos consistem em uma caixa de metal ou plástico com algum eletrólito dentro, imprensado entre os eletrodos. Normalmente, o eletrólito está na forma de pasta ou gel e, para todos os efeitos, pensamos nas baterias como um objeto tipicamente sólido, mesmo que sejam pegajosas por dentro.

As baterias de fluxo de ferro funcionam de maneira totalmente diferente. Eles usam eletrólito líquido que é bombeado para uma bateria conforme necessário para gerar eletricidade. O eletrólito consiste em íons de ferro em solução, normalmente na forma de soluções aquosas como cloreto de ferro ou sulfato de ferro.

Os materiais de eletrodo típicos são carbono para ambos os lados positivo e negativo, com a bateria construída como duas meias células com um separador poroso entre elas. À medida que a bateria é carregada, os íons de ferro (II) são oxidados na meia-célula positiva, liberando elétrons para se tornarem íons de ferro (III). Na meia-célula negativa, os íons de ferro (II) ganham elétrons para se tornarem ferro (0), com o revestimento de ferro metálico no próprio eletrodo negativo. Quando a bateria é descarregada em uma carga, essas reações ocorrem ao contrário, com o metal no eletrodo negativo de meia célula retornando à solução.

As baterias de fluxo de ferro têm a vantagem de escalar. Tanques e células maiores podem ser facilmente construídos, o que é ideal para aplicações de rede onde há o desejo de armazenar muitos megawatts-hora de energia. Outro benefício é o ciclo de vida de uma bateria de fluxo de ferro, medido em qualquer lugar de 10.000 a 20.000 ciclos. Isso é uma ordem de magnitude melhor do que a maioria das células de íon-lítio e dá às baterias de fluxo de ferro uma vida útil da ordem de 10 a 20 anos, ou até mais.

Os produtos químicos envolvidos também são baratos e prontamente disponíveis – o ferro e seus sais são fáceis de obter em quase qualquer lugar do mundo. Há pouca exigência para os sofisticados metais de terras raras que são essenciais para a produção de células de íon-lítio de ponta. Além disso, os produtos químicos usados ​​também são seguros – não há realmente nada em uma bateria de fluxo de ferro que possa explodir ou pegar fogo como outras tecnologias.

A bateria de fluxo de ferro vem com algumas desvantagens, no entanto. A tecnologia simplesmente não tem a densidade de potência das baterias de íon-lítio, então é necessário mais espaço para construir uma bateria capaz de fornecer a mesma potência. Além disso, devido à reação de revestimento no eletrodo negativo, a bateria de fluxo de ferro não escala tão bem quanto alguns outros projetos teóricos. Outras baterias de fluxo requerem apenas mais eletrólito para continuar produzindo energia, com o tamanho dos eletrodos sem importância a esse respeito. Além disso, embora a tecnologia armazene energia elétrica diretamente no sentido químico, as baterias de fluxo de ferro ainda são tipicamente menos eficientes do que o armazenamento hidrelétrico bombeado, desde que haja terra adequada disponível. No entanto, métodos avançados de armazenamento hidrelétrico podem contrariar esse requisito.

As empresas estão desenvolvendo a tecnologia para aplicações do mundo real hoje. Baterias de fluxo do tamanho de contêineres de empresas como a ESS estão disponíveis com capacidades de até 500 kWh, com saídas de energia altas o suficiente para abastecer dezenas de casas em um período de 12 horas. O empilhamento de várias unidades em uma única instalação dimensiona a capacidade conforme necessário. Destinam-se ao chamado mercado de armazenamento de “longo prazo”, para armazenar energia na ordem das 4 a 24 horas. Isso os torna ideais para casos de uso, como armazenar energia durante os picos solares diários para uso nas horas noturnas escuras.