Aposto que você provavelmente não passou muito tempo pensando sobre o líquido que se espalha dentro das baterias.
Mas esse líquido — chamado de eletrólito — é um dos principais ingredientes das baterias e determina muito sobre como elas funcionam, bem como sobre sua segurança. E tenho visto um número crescente de fabricantes de baterias alternativas falar sobre o uso de um ingrediente interessante em seu eletrólito: a água.
Atualmente, as baterias de íons de lítio que alimentam os veículos elétricos e laptops precisam usar solventes orgânicos, como o carbonato de etileno, para transportar a carga (entraremos em detalhes sobre o motivo mais adiante). Mas os produtos químicos que possibilitam o uso de água podem significar baterias ainda mais seguras. E, à medida que colocarmos mais baterias para uso em grandes sistemas de armazenamento na rede, isso poderá ser um grande benefício.
Recentemente, escrevi sobre um fabricante de baterias alternativas chamado Eos, que recebeu um grande empréstimo do Departamento de Energia dos EUA na semana passada. Portanto, para esta edição, vamos nos aprofundar em como a Eos e outros fabricantes de baterias estão buscando mudar a química das baterias com água.
Em alta: segurança das baterias
Pode ser complicado falar sobre baterias de íons de lítio e segurança, porque há muita desinformação por aí e as emoções podem ficar à flor da pele. Mas vale a pena investigar por que tantos fabricantes de baterias alternativas enfatizam a segurança quando falam sobre sua tecnologia.
As baterias de íon-lítio podem e às vezes pegam fogo, geralmente quando são danificadas ou quando ficam muito quentes, dando início a reações químicas em um processo chamado de fuga térmica. Os dispositivos que usam baterias de íon-lítio normalmente têm sistemas de segurança para gerenciar esse risco: os veículos elétricos têm sistemas de resfriamento instalados ao redor das baterias, por exemplo.
Mas, às vezes, as coisas podem dar errado. Defeitos de fabricação acontecem (lembra-se dos incêndios do Chevy Bolt?). Não está totalmente claro com que frequência os veículos elétricos pegam fogo em geral, embora alguns dados sugiram que é muito menos frequente do que os veículos movidos a gasolina. Mas, por outro lado, os incêndios em VEs podem ser mais quentes do que os incêndios em carros convencionais e são mais difíceis de apagar.
A questão da segurança pode se tornar ainda mais importante quando começarmos a usar baterias de uma nova maneira: na rede elétrica. À medida que instalamos mais energia renovável na rede, há uma necessidade crescente de instalações de armazenamento de energia em grande escala que possam economizar energia solar para uso à noite, por exemplo.
Esses sistemas de armazenamento são uma ótima notícia para reduzir as emissões, mas também podem dar errado. Conforme relatado pela Canary Media, Nova York registrou alguns incêndios de baterias neste verão em instalações de armazenamento estacionário em grande escala na rede. Não houve registro de feridos em nenhum dos incêndios, e os danos foram limitados principalmente às próprias baterias. Mas uma série de incêndios não parece muito boa.
Há também uma preocupação crescente com os incêndios provocados por bicicletas elétricas na cidade de Nova York. Esses incêndios, que podem ser mortais, foram causados principalmente por bicicletas que não foram consertadas corretamente ou que usam baterias abaixo do padrão, destacando a necessidade de regulamentação e controle rigoroso da qualidade das baterias.
Em resumo, as baterias de íons de lítio podem pegar fogo. Isso não acontece com frequência, e há muitos controles de segurança que podem ser implementados para gerenciar o risco de forma eficaz. Mas alguns fabricantes de baterias querem criar alternativas que não peguem fogo.
Colocando água
A química dos íons de lítio foi otimizada ao longo de décadas para armazenar muita energia em um dispositivo pequeno e leve e fornecer muita potência.
Parte dessa otimização está no eletrólito líquido: as baterias padrão à base de lítio usam solventes orgânicos misturados com sais para transportar a carga. Teoricamente, as baterias podem usar água como solvente, mas geralmente não o fazem. Isso acontece por um bom motivo: a alta tensão comum nas baterias de íon-lítio, necessária para fornecer alta potência, pode separar a água em hidrogênio e oxigênio.
Mas quando se trata de grandes instalações de armazenamento na rede, há um equilíbrio diferente a ser alcançado. Em vez de se concentrarem em armazenar muita energia em uma bateria pequena, os pesquisadores e as empresas querem, acima de tudo, reduzir o custo das baterias.
Portanto, as baterias destinadas ao armazenamento na rede podem fazer algumas concessões. Talvez não precisem ser carregadas e descarregadas tão rapidamente, e é menos crucial que sejam tão pequenas e leves quanto possível.
Isso abre a possibilidade de usar materiais mais pesados, como ferro e zinco. E com menor potência e tensões mais baixas necessárias, as empresas podem usar água com sais misturados como eletrólito. Isso poderia ajudar a economizar nos custos, facilitar a fabricação das baterias e também ajudar na segurança. Provavelmente seria difícil incendiar baterias à base de água, mesmo que você tentasse.
Algumas empresas estão se inclinando para os benefícios do uso da água em suas baterias alternativas à medida que começam a progredir em direção à comercialização.
A Form Energy é uma das líderes na criação de baterias alternativas para a rede elétrica. As baterias da empresa são às vezes chamadas de “baterias de ferrugem” porque usam ferro e água, e as reações são semelhantes às que ocorrem quando o metal enferruja com a exposição à umidade. O site da Form destaca a segurança de suas baterias, dizendo que os sistemas “não apresentam risco de fuga térmica”. A empresa iniciou a construção de uma fábrica na Virgínia Ocidental no início deste ano.
A Eos Energy também está construindo baterias com um eletrólito à base de água, usando o zinco como ingrediente principal do cátodo. Quando perguntei a Francis Richey, vice-presidente de pesquisa e desenvolvimento da Eos, quais eram os benefícios da química da empresa, a primeira coisa que ele mencionou foi a segurança: “Em primeiro lugar, é seguro. É uma tecnologia não inflamável”.
Há muitos desafios pela frente para as baterias alternativas, como a dificuldade de competir em termos de preço: as células de íons de lítio existem há décadas e os custos despencaram nesse período. Mas há possíveis vantagens em se ter mais opções, incluindo sistemas de trabalho que poderiam aliviar as preocupações com a segurança de grandes instalações de baterias.
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