Pesquisadores obtêm bons resultados contra a perda de capacidade de baterias de vanádio

Estudo computacional feito no Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais da UFSCar pode contribuir para aumentar a vida útil desses dispositivos de uso industrial

Agência FAPESP* – Pesquisadores do Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais (CDMF) descreveram no Chemical Engineering Journal uma estratégia bem-sucedida para mitigar a perda de capacidade de carga em baterias de fluxo de oxirredução de vanádio. Essas baterias são de uso industrial e podem acumular grande quantidade de energia.

O CDMF é um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP sediado na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar).

Baseado em experimentos computacionais, o estudo abordou como a perda decorrente do transporte, denominada vazamento de íons entre o anólito e o católito, leva à desativação da bateria. Em seguida, o grupo buscou formas de mitigar esse efeito, mantendo as concentrações de íons constantes ao longo do tempo nessa bateria de fluxo.

Assim, o trabalho se desenvolveu em duas fases. A primeira buscou determinar o efeito da densidade corrente, da concentração de espécies químicas ativas que podem ser oxidadas ou reduzidas no sistema e do fluxo volumétrico na perda de capacidade de baterias desse tipo. A segunda fase buscou obter condições ótimas para minimizar a perda de capacidade, tendo como base a transferência de volumes entre reservatórios no sentido contrário ao da contaminação cruzada típica dessas baterias.

Os resultados demonstraram que a densidade corrente e a concentração de espécies ativas são as principais variáveis relacionadas à perda de capacidade dessas baterias e que a abordagem foi bem-sucedida na mitigação de contaminação cruzada em diferentes combinações desses dois fatores, provendo um fluxo ótimo entre tanques de eletrólitos em diferentes condições de operação.

Ernesto Pereira, autor sênior do artigo e professor da UFSCar, destacou que a grande vantagem da bateria de fluxo é a ausência de envelhecimento nos eletrodos, porque eles estão de fato dissolvidos na solução. A perspectiva, acrescentou, é que as baterias de fluxo de vanádio comerciais tenham uma durabilidade maior do que as atuais, ponderando, no entanto, que o estudo foi feito em escala reduzida. “Além disso, a questão da perda de eficiência energética decorrente do envelhecimento também é minimizada, uma vez que o envelhecimento se dará mais lentamente.”

O pesquisador explicou ainda que explorar a bateria de fluxo computacionalmente, tomando como exemplo e modelo as baterias comerciais, mesmo em uma escala menor, faz parte de uma estratégia mais ampla, que abrange o estudo e desenvolvimento de novas substâncias orgânicas para esse tipo de bateria.

O artigo Mitigating the capacity loss by crossover transport in vanadium redox flow battery: A chemometric efficient strategy proposed using finite element method simulation pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894723040676.

* Com informações do CDMF, um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão da FAPESP.