Líquido

Jul 15, 2023

O custo é uma variável crucial para qualquer bateria que possa servir como uma opção viável para armazenamento de energia renovável na rede. Uma análise realizada por investigadores do MIT mostrou que o armazenamento de energia precisaria de custar apenas 20 dólares por quilowatt-hora para que a rede fosse totalmente alimentada por energia eólica e solar. Um sistema de bateria de íons de lítio de armazenamento em rede de 100 megawatts e 10 horas totalmente instalado agora custa cerca de US$ 405/kWh, de acordo com um relatório do Pacific Northwest National Laboratory. Agora, no entanto, uma bateria de metal líquido programada para implantação no mundo real em 2024 poderia reduzir consideravelmente os custos de armazenamento de energia.

Donald Sadoway, químico de materiais e professor emérito do MIT, manteve a acessibilidade em mente para suas muitas invenções de baterias ao longo dos anos, incluindo uma recente bateria de alumínio-enxofre. O baixo custo também motivou a bateria de metal líquido, contendo eletrodos de metal fundido e um eletrólito de sal fundido, que ele inventou e depois começou a comercializar como cofundador da startup Ambri em 2010.

A bateria da rede Ambri custa de US$ 180/kWh a US$ 250/kWh, dependendo do tamanho e da duração, diz a empresa. Mas o seu custo previsto é de cerca de 21 dólares/kWh até 2030, de acordo com um artigo que Sadoway e colegas publicaram em outubro de 2021 na revista Renewable and Sustainable Energy Reviews. E a empresa de Marlborough, Massachusetts, está agora preparada para sua primeira instalação de serviços públicos. A Ambri e a concessionária Xcel Energy iniciarão a instalação de um sistema de 300 kWh em Aurora, Colorado, no início de 2024; o sistema deverá estar plenamente operacional até ao final desse ano.

O custo mais baixo da bateria de metal líquido decorre de materiais, química e design de sistema mais simples em comparação com o íon de lítio, e sua vida útil mais longa, diz Sadoway. “O conceito de bateria de metal líquido a torna única para armazenamento estacionário. Não é inflamável, ao contrário do lítio. E é resistente ao desbotamento da capacidade. Temos dados sobre milhares de ciclos de carga, o que equivale a anos de operação. Essa coisa deveria durar 20 anos e ainda manter 95% de sua capacidade. Eu convidaria você a encontrar alguém que tenha uma bateria de íons de lítio com 20 anos de uso.”

As baterias convencionais são normalmente feitas com dois eletrodos sólidos – grafite e um óxido metálico de lítio no caso de baterias de íons de lítio – e um eletrólito líquido, juntamente com separadores, membranas e outros elementos que agregam custos. Durante os ciclos de carga e descarga, à medida que os íons do eletrólito fluem para dentro e para fora dos eletrodos, os materiais sólidos se expandem e contraem. Mudanças repetidas de volume quebram as partículas ao longo do tempo, fazendo com que a capacidade da bateria diminua.

A bateria de metal líquido da Ambri consiste em três camadas líquidas empilhadas com base na densidade. O mais denso, um cátodo de antimônio fundido, está na parte inferior, o ânodo leve de liga de cálcio está na parte superior e o eletrólito de sal de cloreto de cálcio de densidade intermediária fica no meio. “Pense em óleo de salada e vinagre”, diz Sadoway, “exceto que aqui há três camadas e elas se separam porque são imiscíveis”.

O projeto de metal líquido requer menos componentes e a química depende da liga, portanto não há degradação do material sólido, diz Sadoway. Durante a descarga, o ânodo de cálcio libera íons de cálcio que se movem através do eletrólito até o cátodo, onde formam uma liga de cálcio-antimônio. O processo é invertido durante o carregamento. “Não há membrana nem separador”, diz Sadoway. “Todos esses elementos de simplicidade combinam com resiliência.”

Quando o IEEE Spectrum cobriu Ambri pela primeira vez, há 10 anos, a empresa estava brincando com lítio ou magnésio como ânodo. A mudança para o cálcio foi para manter os custos baixos, diz Sadoway.

Uma desvantagem da nova química da bateria, porém, tem sido a longa jornada até a implantação. “Quando iniciamos a jornada para a comercialização, não havia ninguém em quem confiar”, diz Sadoway. “Todos os avanços fantásticos feitos na fabricação de íons de lítio são praticamente inaplicáveis ​​neste caso. A química é diferente, o formato é diferente. Então tivemos que inventar tudo, inclusive o maquinário de fabricação.”