Baterias de zinco guardam eletricidade e produzem hidrogênio

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/08/2023

Fabricar uma bateria de zinco é 10 vezes mais barato do que uma bateria de lítio. E esta ainda produz hidrogênio.
[Imagem: Zn2H2 GmbH]

Bateria de zinco

Engenheiros alemães estão desenvolvendo baterias de zinco que não apenas armazenam energia elétrica, mas também produzem hidrogênio.

Os primeiros testes indicam uma eficiência de 50% no armazenamento de eletricidade e 80% na produção de hidrogênio, com uma expectativa de vida útil estimada em dez anos.

As baterias de zinco são consideradas uma das alternativas mais promissoras às baterias de íons de lítio por uma série de razões, entre elas o baixo custo, a abundância do zinco e uma infraestrutura de reciclagem já madura.

Até agora, porém, a produção de hidrogênio em um dos eletrodos vinha sendo considerada um dos principais empecilhos à viabilização desse tipo de bateria - veja 5 novidades promissoras para as baterias de zinco e água.

A equipe em torno do projeto Zn2H2, liderado pelo Instituto de Confiabilidade e Microintegração (IZM) e pela Universidade Livre de Berlim, na Alemanha, decidiu usar essa deficiência a seu favor, criando uma solução híbrida ainda mais interessante do que uma simples bateria.

Conceito proposto pelo projeto Zn2H2.
[Imagem: Zn2H2 GmbH]

Eletricidade mais hidrogênio

O objetivo do projeto é desenvolver um sistema de armazenamento de hidrogênio recarregável eletricamente que possa armazenar energia na forma de zinco metálico e transformá-la novamente em energia elétrica e hidrogênio quando necessário. O hidrogênio então poderá ser usado para produção de eletricidade em células a combustível ou mesmo ser usado em combustão.

Partindo de um projeto de bateria já comprovado, que usa ânodos de zinco, os pesquisadores adicionaram a também comprovada eletrólise de água alcalina, criando uma tecnologia híbrida completamente nova na qual, além de armazenar eletricidade, a bateria torna-se capaz de produzir hidrogênio sob demanda.

"Durante o carregamento, a água oxida em oxigênio, enquanto reduz o óxido de zinco a zinco metálico. Isso reverte para óxido de zinco durante a descarga. A água é novamente reduzida e libera hidrogênio. Esta é uma combinação única de uma bateria comum e uma fonte de hidrogênio, com uma eficiência total de armazenamento elétrico de 50%, que é o dobro da eficiência de outros sistemas de energia para gás atualmente preferidos," disse Robert Hahn, coordenador do projeto.

Como o custo das matérias-primas (aço, zinco e hidróxido de potássio) para produzir o novo sistema é dez vezes menor que as matérias-primas das baterias de lítio, a nova tecnologia promete se tornar uma alternativa comercialmente atraente para armazenar energias renováveis intermitentes, como eólica e solar.

Primeiro protótipo da bateria/gerador de hidrogênio (o retângulo branco) juntamente com o sistema de desenvolvimento e controle.
[Imagem: Zn2H2 GmbH]

Primeiros protótipos

Os primeiros protótipos em condições de laboratório já estão prontos, tendo comprovado a eficiência e a estabilidade de células individuais ao longo de vários ciclos de carregamento e uso da energia.

Até o final deste ano a equipe pretende ter uma unidade de demonstração para testes operacionais, compreendendo oito células, cada uma com capacidade em torno de 12 V e 50 Ah.

Para a produção econômica em larga escala do catalisador de dupla função (fazendo as duas rotas, do oxigênio e do hidrogênio), os pesquisadores estão confiando na deposição galvânica. O processo será testado quanto à confiabilidade e reprodutibilidade antes dos testes reais da bateria.

Um parâmetro crucial para isso diz respeito ao carregamento, que deve ser perfeitamente ajustado para garantir operações estáveis ao longo de vários milhares de ciclos. Essa estabilidade de ciclagem ainda não foi alcançada por nenhuma das baterias de zinco de última geração existentes, ainda envolvidas com a formação de dendritos de zinco ou zinco musgoso, o que geralmente causa curtos-circuitos em algum momento da vida útil das baterias.

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