O efeito de bloqueio e a solução de armazenamento de energia da bateria

A infecção pandêmica do COVID-19 levou ao bloqueio de um número considerável de cidades, levando à redução da atividade poluidora. Com o grande número de fontes de energia renováveis ​​(FER) empregadas nas últimas décadas para descarbonizar o setor de energia, um número crescente de dispositivos de armazenamento de energia foi acoplado ao FER. Conforme destacado por Luke Gear, analista de tecnologia da IDTechEx, no relatório “Baterias para armazenamento estacionário de energia 2019-2029”, as baterias de íon de lítio estão dominando o setor de armazenamento de energia, enquanto outras tecnologias, como as baterias de fluxo redox, também estão lentamente adquirindo sua participação no mercado de armazenamento de energia, conforme descrito no relatório “Baterias de fluxo redox 2020-2030”.

Poluição

O uso de baterias de íon de lítio

As baterias de íon de lítio (LIB), desde a sua introdução no mercado em 1991, começaram a ser adotadas em uma ampla gama de aplicações, do setor de armazenamento de energia ao automotivo, à eletrônica de potência, como smartphones e tablets.

A grande vantagem do LIB é dada por suas maiores densidades de energia gravimétrica e volumétrica em comparação com outras tecnologias de bateria. O alto teor de energia é dado pelo princípio da cadeira de balanço dos íons de lítio. A bateria de carga armazena íons Li no eletrodo negativo (ânodo), geralmente feito de material de carbono. Durante a descarga da bateria, o material do ânodo libera ‘n’ elétrons no circuito elétrico externo, juntamente com os íons Li-n que são liberados no eletrólito. Simultaneamente, o eletrodo de cátodo aceita ‘n’ elétrons, junto com os íons de Li ‘n’. Durante o processo de descarga, as reações positivas e negativas dos eletrodos são revertidas.

Além do mecanismo de trabalho simples, é necessário um estudo constante para melhorar o desempenho e a segurança dessa tecnologia, além de reduzir o custo adotando materiais de baixo custo.

Armazenamento de energia de cobalto e bateria

Embora inicialmente tenha sido empregado um material de cátodo à base de cobalto, seu alto custo impulsionou a adoção de materiais de baixo custo, como alumínio, níquel e silício. Embora a adoção de materiais de baixo custo afete o custo da própria bateria, o grande mercado de baterias de íons de lítio exerce forte influência sobre o status econômico de países inteiros. Uma análise completa das matérias-primas para LIB é fornecida pelo Dr. Alex Holland no relatório “A cadeia de suprimentos de baterias de íon de lítio 2020-2030”, juntamente com uma análise de custos e a previsão de demanda para o período 2020-2030.

Além da pesquisa constante de materiais mais baratos e com melhor desempenho, o complexo sistema de baterias de íons de lítio feitas de eletrodos, sistemas de gerenciamento térmico e sistemas de gerenciamento de baterias está sendo constantemente aprimorado. O relatório “Baterias de íon de lítio 2018-2028” analisa todos os aspectos das baterias de íon de lítio, desde os componentes do eletrodo ao sistema de gerenciamento de bateria (ou BMS), design de célula e métodos de produção de bateria. Além disso, suas aplicações e bateria de segunda vida também são descritas. Em conclusão, são fornecidas a previsão de preços e a análise de custos.

Além dos esforços para melhorar o desempenho da LIB, essa tecnologia ainda apresenta sérios problemas de segurança, como demonstrado pelo grande número de baterias que pegaram fogo em todo o mundo. Devido à alta propriedade volátil do eletrólito orgânico empregado, ele pode incendiar-se caso a bateria atinja temperaturas mais altas. É por isso que o gerenciamento térmico da bateria é uma parte crucial do sistema da bateria. O gerenciamento térmico é particularmente importante em aplicações onde o desempenho da bateria é altamente estressado, como nas aplicações automotivas. Neste tópico, o “Gerenciamento térmico para veículos elétricos 2020-2030” descreve todos os aspectos e materiais relacionados ao gerenciamento térmico da bateria.

O mercado de armazenamento de energia de bateria estacionária

Devido ao problema de segurança e à degradação da bateria ao longo dos ciclos, o que limita a vida útil do dispositivo, as baterias de íon de lítio não são a melhor solução para energia estacionária. Em vez disso, um tipo diferente de bateria chamado Redox Flow Battery (RFB), atualmente emergente no cenário de armazenamento de energia, apresenta melhores recursos para aplicativos de armazenamento estacionário. As RFBs são caracterizadas por uma vida útil longa (até 30.000 ciclos), materiais facilmente recicláveis ​​e seguros, além de desacoplar energia e capacidade de potência. Essas propriedades tornam as RFBs um candidato ideal para aplicação estacionária de armazenamento de energia.

Conforme descrito no relatório “Baterias de fluxo redox 2020-2030: previsões, desafios, oportunidades”, as baterias de fluxo, com a bateria de fluxo de vanádio mais comercializada, estão lentamente adquirindo sua participação no mercado de armazenamento de energia estacionária.

As baterias de fluxo de vanádio (VRFBs) são o tipo mais comercializado de RFBs. Além do VRFBS, outros tipos de baterias de fluxo estão sendo comercializados atualmente, como baterias de fluxo de zinco / bromo e todas de ferro. Além disso, outras tecnologias como baterias de hidrogênio / bromo e fluxo redox orgânico ainda estão em seus estágios iniciais.

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