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Uma nova classe de moléculas orgânicas de alto desempenho, inspiradas na vitamina B2, pode armazenar com segurança eletricidade de fontes de energia intermitentes, como energia solar e eólica, em baterias de fluxo, como a acima.
Engenheiros da Universidade de Harvard identificaram toda uma nova classe de moléculas orgânicas de alto desempenho, inspiradas na vitamina B2, que podem armazenar com segurança eletricidade de fontes de energia intermitentes, como energia solar e eólica, em grandes baterias.
O desenvolvimento baseia-se em trabalhos anteriores em que a equipe desenvolveu uma bateria de fluxo de alta capacidade que armazenava energia em moléculas orgânicas chamadas quinonas, que armazenam energia em plantas e animais, e um aditivo alimentar chamado ferrocianeto. Esse avanço foi um divisor de águas, fornecendo os primeiros produtos químicos de alto desempenho, não inflamáveis, não tóxicos, não corrosivos e de baixo custo que poderiam permitir o armazenamento de eletricidade barato e em grande escala.
Embora as versáteis quinonas tenham se mostrado muito promissoras para baterias de fluxo, os pesquisadores de Harvard continuaram a explorar outras moléculas orgânicas em busca de um desempenho ainda melhor. Mas encontrar a mesma versatilidade em outros sistemas orgânicos foi um desafio.
“Agora, depois de considerar cerca de um milhão de quinonas diferentes, desenvolvemos uma nova classe de material eletrolítico de bateria que amplia as possibilidades do que podemos fazer”, disse Kaixiang Lin, Ph.D. estudante da Escola de Pós-Graduação em Artes e Ciências e primeiro autor do artigo. “A sua síntese simples significa que deve ser fabricado em larga escala a um custo muito baixo, o que é um objetivo importante deste projeto.”
A nova pesquisa é publicada na Nature Energy.
As baterias de fluxo armazenam energia de fontes renováveis em tanques líquidos cheios de produtos químicos orgânicos não tóxicos.
As baterias de fluxo armazenam energia em soluções em tanques externos – quanto maiores os tanques, mais energia armazenam. Em 2014, Michael J. Aziz, Professor Gene e Tracy Sykes de Materiais e Tecnologias de Energia na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas (SEAS) John A. Paulson de Harvard, Roy Gordon, Professor Thomas Dudley Cabot de Química e Professor de Materiais Science, Alán Aspuru-Guzik, professor de química, e sua equipe em Harvard substituíram os íons metálicos usados como materiais eletrolíticos de baterias convencionais em eletrólitos ácidos por quinonas. Em 2015, desenvolveram uma quinona que poderia funcionar em soluções alcalinas juntamente com um aditivo alimentar comum.
Nesta pesquisa mais recente, a equipe encontrou inspiração na vitamina B2, que ajuda a armazenar energia dos alimentos no corpo. A principal diferença entre B2 e quinonas é que os átomos de nitrogênio, em vez de átomos de oxigênio, estão envolvidos na captação e liberação de elétrons.
“Com apenas alguns ajustes na molécula B2 original, este novo grupo de moléculas torna-se um bom candidato para baterias de fluxo alcalino”, disse Aziz. “Eles possuem alta estabilidade e solubilidade e proporcionam alta tensão de bateria e capacidade de armazenamento. Como as vitaminas são extremamente fáceis de produzir, esta molécula poderia ser fabricada em larga escala a um custo muito baixo.”
“Projetamos essas moléculas para atender às necessidades de nossa bateria, mas na verdade foi a natureza que sugeriu essa forma de armazenar energia”, disse Gordon, co-autor sênior do artigo. “A natureza criou moléculas semelhantes que são muito importantes no armazenamento de energia em nossos corpos.”
A equipe continuará a explorar as quinonas, bem como esse novo universo de moléculas, em busca de uma bateria de fluxo de alto desempenho, duradoura e barata.
O Escritório de Desenvolvimento Tecnológico de Harvard tem trabalhado em estreita colaboração com a equipe de pesquisa para navegar pelas complexidades mutáveis do mercado de armazenamento de energia e construir relacionamentos com empresas bem posicionadas para comercializar os novos produtos químicos.
Referência: “Uma bateria de fluxo redox com um eletrólito orgânico à base de aloxazina” por Kaixiang Lin, Rafael Gómez-Bombarelli, Eugene S. Beh, Liuchuan Tong, Qing Chen, Alvaro Valle, Alán Aspuru-Guzik, Michael J. Aziz e Roy G. Gordon, 18 de julho de 2016, Energia da Natureza.
DOI: 10.1038/nenergy.2016.102