Fonte: engenharia.columbia.edu
Fontes de energia renovável como eólica e solar são fundamentais para sustentar nosso planeta, mas elas vêm com um grande desafio: nem sempre geram energia quando for necessário. Para aproveitar ao máximo, precisamos de maneiras eficientes e acessíveis de armazenar a energia que elas produzem, por isso temos energia, mesmo quando o vento não está soprando ou o sol não está brilhando.
Os cientistas de materiais de engenharia da Columbia se concentraram no desenvolvimento de novos tipos de baterias para transformar a maneira como armazenamos energia renovável. Em um novo estudo publicado em 5 de setembro pela Nature Communications, a equipe usou baterias K-Na\/S que combinam elementos baratos e prontamente achados -- potássio (k) e sódio (Na), juntamente com o enxofre (s) {4}} para criar uma solução de energia de alto custo e alta energia para armazenamento de energia de longa duração.
"É importante que possamos estender o tempo que essas baterias podem operar e que possamos fabricá -las de maneira fácil e barata", disse o líder da equipe, Yuan Yang, professor associado de ciência e engenharia de materiais do Departamento de Física Aplicada e Matemática da Columbia Engineering. "Tornar a energia renovável mais confiável ajudará a estabilizar nossas grades de energia, reduzir nossa dependência de combustíveis fósseis e apoiar um futuro de energia mais sustentável para todos nós".
O novo eletrólito ajuda as baterias K-Na\/S a armazenar e liberar energia com mais eficiência
There are two major challenges with K-Na/S batteries: they have a low capacity because the formation of inactive solid K2S2 and K2S blocks the diffusion process and their operation requires very high temperatures (>250 OC) que precisam de gerenciamento térmico complexo, aumentando assim o custo do processo. Estudos anteriores têm lutado com precipitados sólidos e baixa capacidade e a pesquisa foi para uma nova técnica para melhorar esses tipos de baterias.
O grupo de Yang desenvolveu um novo eletrólito, um solvente de acetamida e ε-caprolactâmico, para ajudar a loja de baterias e liberar energia. Esse eletrólito pode dissolver K2S2 e K2S, aumentando a densidade de energia e a densidade de potência das baterias K\/S intermediárias. Além disso, permite que a bateria opere a uma temperatura muito mais baixa (cerca de 75 graus) do que os projetos anteriores, enquanto ainda atinge quase a capacidade máxima possível de armazenamento de energia.
"Nossa abordagem atinge as capacidades de alta quase teórica e a vida útil do ciclo prolongado. Isso é muito emocionante no campo das baterias K\/S de temperatura intermediária", disse o co-primeiro autor do estudo, Zhenghao Yang, um estudante de doutorado com Yang.
Caminho para um Energ Sustentávelseu futuro
O grupo de Yang é afiliado ao Columbia Eletroquímico Energy Center (CEEC), que adota uma abordagem em várias escalas para descobrir a tecnologia inovadora e acelerar a comercialização. A CEEC se une professores e pesquisadores de toda a Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas que estudam energia eletroquímica com interesses que variam de elétrons a dispositivos a sistemas. Suas parcerias da indústria permitem a realização de avanços no armazenamento e conversão de energia eletroquímica.
Planejando escalar
Enquanto a equipe está atualmente focada em baterias pequenas e do tamanho de moedas, seu objetivo é finalmente ampliar essa tecnologia para armazenar grandes quantidades de energia. Se forem bem -sucedidos, essas novas baterias poderiam fornecer uma fonte de alimentação estável e confiável de fontes renováveis, mesmo em períodos de baixo sol ou vento. A equipe agora está trabalhando para otimizar a composição eletrolítica.
