Pesquisadores do grupo Brazilian Renewable Energies (BREnergies), da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Unicamp, desenvolveram uma nova arquitetura de bateria de fluxo que pode tornar o armazenamento de energia mais seguro, barato e simples de montar. Em vez usar placas paralelas empilhadas, os inventores criaram um design cilíndrico: cada célula da bateria tem dois eletrodos em formato de anel, de tamanhos diferentes, um dentro do outro. As células ficam seladas individualmente e podem ser conectadas em série sem precisar ser empilhadas, o que reduz bastante o risco de vazamento de eletrólitos.

As baterias de fluxo tradicionais, formadas por um conjunto de placas empilhadas, usam mangueiras e bombas externas para fazer circular o eletrólito entre as placas. Esse sistema sofre dois problemas frequentes: vazamentos do eletrólito e crescimento de dendritos, estruturas ramificadas de material sólido que se formam dentro da bateria e podem causar curto-circuito. 

Além disso, as mangueiras e bombas estão sempre sujeitas a quebras e entupimentos. Já no design proposto a circulação do eletrólito é impulsionada por uma pequena turbina girando dentro da bateria, o que elimina um dos pontos mais frágeis das baterias de fluxo atuais.

A tecnologia foi desenvolvida durante o doutorado de João Pedro Aguiar dos Santos (foto), engenheiro eletricista formado pela PUC - Pontifícia Universidade Católica de Goiás, com mestrado e doutorado em engenharia elétrica pela Unicamp. Sob orientação do professor Cesar Pagan e coorientação do professor Hudson Zanin no doutorado, ele pesquisou baterias de fluxo capazes de armazenar grandes quantidades de energia.

Em suas pesquisas, Santos não encontrou no mercado equipamento que permitisse montar o tipo de bateria que vislumbrava. “Durante os estudos, percebi que não existia nenhum tipo de design ou setup experimental que pudéssemos comprar para montar a bateria. Isso foi um grande desafio, porque tivemos que montar desde as células até os reatores maiores para fazer os experimentos no laboratório”, explica o engenheiro. Da dificuldade nasceu um pedido de patente, depositado no Inpi - Instituto Nacional de Propriedade Industrial com apoio da Inova Unicamp.

Em testes de carga e descarga, a bateria de fluxo giratório alcançou aproximadamente 400 ciclos sem aditivos no eletrólito, superando resultados da literatura, nos quais sistemas semelhantes nas mesmas condições não ultrapassaram cerca de 100 ciclos devido ao crescimento de dendritos. Com melhorias no eletrólito e o uso de aditivos, a expectativa é superar 3 mil ciclos e melhorar o desempenho elétrico.

A bateria apresentou ainda 98% de eficiência de carga e cerca de 82% de eficiência de energia, devolvendo a maior parte da energia armazenada e perdendo pouco em forma de calor. Valores acima de 80% já são considerados bons para esse tipo de armazenamento. Em teste prático, a bateria funcionou por duas horas seguidas, alimentando LEDs e um ventilador.

Além da arquitetura, outro diferencial é a possibilidade de construir a bateria com insumos disponíveis no Brasil, como grafite, motores, peças mecânicas e eletrólitos à base de água, que não são inflamáveis. O design também pode ser adaptado a três composições químicas diferentes. Nos testes, os pesquisadores utilizaram uma versão solúvel baseada em íons de chumbo dissolvidos em um eletrólito aquoso, aproveitando também a cadeia de reciclagem de chumbo já consolidada no País, capaz de recuperar mais de 98% do material.

Os pesquisadores também desenvolveram um sistema de gerenciamento da bateria composto por uma placa e um software que monitoram parâmetros como tensão, corrente, temperatura, pH e condutividade da solução. O sistema inclui ainda uma câmera endoscópica para observar a formação de dendritos, o que permite identificar sinais de risco antes que comprometam o funcionamento da bateria. 

A bateria foi projetada para armazenamento estacionário de energia em grande escala, conectado a usinas solares e eólicas ou diretamente à rede elétrica. Outras aplicações podem ser na redução do chamado curtailment de geração solar ou eólica, e em sistemas isolados ou regiões que ainda dependem de geração térmica.

Para chegar ao mercado, a tecnologia precisa ser licenciada por empresas interessadas em dar continuidade ao seu desenvolvimento e criar soluções de armazenamento de energia. A agência de inovação Inova Unicamp conecta as pesquisas e tecnologias a empresas e instituições interessadas em licenciá-las. O contato inicial com a Inova deve ser feito por meio de um formulário de conexão disponível no site da agência.