Um grupo de pesquisadores do Instituto de Física Química de Dalian, na China, alcançou um avanço significativo no campo das baterias de fluxo orgânicas. A equipe desenvolveu novas moléculas orgânicas redox-ativas (ORAMs) baseadas em naftaleno, que demonstraram excelente estabilidade e desempenho em condições atmosféricas normais.
As baterias de fluxo são dispositivos eletroquímicos que armazenam energia em líquidos. Elas têm vantagens como escalabilidade e baixo custo de propriedade, mas têm sido limitadas por baixa energia de ciclo e uso de metais raros como o vanádio.
Pesquisadores têm trabalhado para desenvolver baterias de fluxo orgânicas, que usam materiais orgânicos amplamente disponíveis e mais fáceis de produzir. Essas baterias podem ser classificadas em aquosas e não aquosas, dependendo do solvente utilizado.
As baterias de fluxo orgânicas aquosas (AOFBs) usam água como eletrólito, enquanto as não aquosas (NAOFBs) usam um solvente orgânico.
Um dos desafios das ORAMs é a tendência à desativação devido a reações secundárias quando não são usadas com um gás inerte. Isso pode aumentar os custos de manutenção da bateria, pois a perda de capacidade é irreversível e degrada significativamente sua vida útil.
A equipe liderada pelos professores Zhang Changkun e Li Xianfeng desenvolveu novos derivados de naftaleno com hidroxilas ativas e estruturas de dimetilamina, que proporcionam estabilidade ao ar e podem ser usadas em AOFBs.
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As novas ORAMs foram sintetizadas usando uma combinação de métodos químicos e eletroquímicos in situ. Esse processo não só facilitou a purificação das moléculas como também é escalável e econômico. Além disso, a etapa eletroquímica permitiu a introdução de estruturas de alquilamina hidrofílicas, que protegem contra reações secundárias indesejadas e melhoram a solubilidade das moléculas no eletrólito aquoso.
Nos testes, a bateria de fluxo de naftaleno, quando usada com um eletrólito de 1,5 mol/L, apresentou desempenho estável por até 850 ciclos (aproximadamente 40 dias), com uma capacidade de 50 Ah por litro.
Para avaliar a tolerância ao ar, os pesquisadores introduziram um fluxo contínuo de ar no eletrólito catódico. A bateria funcionou bem por 600 ciclos (aproximadamente 22 dias) sem queda de desempenho ou capacidade.
Além das melhorias de desempenho, os pesquisadores também trabalharam na escalabilidade da produção dos derivados de naftaleno, atingindo uma produção de cinco quilos por lote.
Baterias piloto foram construídas com os novos procedimentos de síntese e operação, sendo testadas em laboratório. Com uma capacidade de 330 Ah, as baterias piloto demonstraram estabilidade de ciclo por 270 ciclos (27 dias) e retenção de capacidade de 99,95% por ciclo.
Segundo Li, “este estudo é esperado para abrir um novo campo no design de moléculas estáveis ao ar para armazenamento eletroquímico de energia sustentável e estável ao ar”.
