Baterias Redox – Carga em minutos pela troca do eletrólito (ART039)

Escrito por Newton C Braga

Um dos grandes problemas para a aceitação do carro elétrico, além da limitação dada pelo tamanho da bateria, é o seu tempo de recarga. Para recarregar uma bateria é preciso de 4 a 16 horas, dependendo do tipo, o que significa que, em princípio o carro não pode ser utilizado neste intervalo. Como fazer em caso de viagens? Paradas longas para a recarga? A solução que está sendo aperfeiçoada é a bateria Redox, com tem sua recarga em minutos, e de que trataremos neste artigo.
Com celulares e outros aplicativos eletrônicos que usam bateria, o tempo de recarga não é tão problemático, pois podemos ainda usá-los quando estão ligados ao carregador. No caso de um carro elétrico, entretanto, isso não ocorre. Esta é sem dúvida uma das grandes limitações que encontramos na adoção desta solução para o transporte alternativo.
Já pensaram ter de parar por 4 a 10 horas para a recarga da bateria do carro, quando ela descarregar para somente depois poder seguir viagem? Certamente, é algo que não é simpático a ninguém, a não ser aos proprietários de hospedarias em rotas de viagem. No entanto, este problema já está sendo solucionado.
Quando você para num posto e enche o tanque esgotado de seu carro você não precisa mais do que alguns minutos para isso. Seria possível fazer o mesmo com uma bateria mas sem ter de trocá-la por uma recarregada? A solução está justamente num tipo de bateria denominada Redox (o nome deriva das palavras Reduction and Oxidation – Redução e Oxidação).
Estas baterias podem ser recarregadas pela simples troca de seu eletrólito, o liquido que existe no seu interior, e que armazena a energia. Assim, basta parar num posto e trocar o eletrólito descarregado por um carregado, e a bateria estará novamente pronta para alimentar o veículo. O processo é simples, e rápido não demorando mais do que alguns minutos. E você não paga pelo eletrólito, mas somente pela sua carga, pois o posto pode colocar este eletrólito descarregado num carregador que o recupera (agora num prazo longo), para ser vendido a outro veiculo no dia seguinte...

Como Funciona
As baterias comuns de carro (chumbo-ácido), de celulares e de outras aplicações têm um princípio de funcionamento bastante simples de entender. Uma substância quimicamente ativa, denominada eletrólito é colocada entre dois eletrodos. Agindo sobre os eletrodo, a substância libera sua energia na forma de eletricidade que aparece sobre os eletrodos e à medida que esta eletricidade é consumida por um circuito externo, o eletrólito e os eletrodos passam para uma transformação química. Na figura 1 temos a estrutura de uma bateria deste tipo.

 


Figura 1 – Estrutura de uma bateria de lítio-ion.

Ocorre entretanto0 que a reação que libera a energia numa bateria deste tipo é reversível. Quando não mais há energia para a liberação e o eletrólito se descarregou, podemos recarregá-lo passando uma corrente elétrica no sentido inverso ao normal por um certo tempo. Com esta corrente a reação que liberou energia se reverte e o eletrólito volta a armazenar energia para poder funcionar novamente. O problema, como vimos, é que o processo de recarga é lento, pois a corrente precisa circular por horas . Um outro tipo de bateria é a de fluxo de eletrólito (flow), onde o eletrólito não fica permanentemente selado na bateria, mas é injetado à medida que ela precisa gerar energia, conforme mostra a figura 2.

 


Figura 2 – Bateria de fluxo – eletrólitos (anólito e católito) são injetados para gerar energia. Nesta bateria o eletrólito gasto é bombeado de volta aos reservatórios. Quando a mistura estiver gasta os eletrólitos são substituídos.


Este tipo de bateria não se esgota enquanto puder ser injetado o eletrólito (carregado), saindo pelo outro lado o eletrólito descarregado. Este tipo de bateria é mais interessante para uma aplicação automotiva, pois podemos ter um reservatório para o eletrólito novo (carregado) e um para o descarregado. Assim, num posto de combustível (ou recarga). Quando o reservatório do eletrólito carregado está vazio e portanto o do descarregado está cheio, basta encher um e esvaziar o outro, o que pode ser feito por um processo rápido. Uma boa solução que, entretanto ainda apresentava problemas que agora foram resolvidos por um centro de pesquisa alemão, o Fraunhofer Institute for Chemical Technology (ICT) vai possibilitar o uso destas baterias na prática. O que ocorria é que as baterias de fluxo tinham um rendimento muito baixo, sendo pesadas e consumindo muito eletrólito, que se esgotava rapidamente numa aplicação. Seu rendimento era tipicamente ¼ do rendimento de uma bateria de Lítio-Ion comum, como as usadas em celulares. Com o aperfeiçoamento do processo de Oxi-redução ou Redox, foi possível obter baterias deste tipo com alto rendimento que em breve estarão disponíveis no carro elétrico dom futuro. Basta dizer que o governo alemão, que está investindo no projeto, prevê que no ano de 2020 serão mais de 1 milhão os carros elétricos em circulação naquele país.