As baterias de fluxo baseadas em bromo armazenam energia por meio de uma reação química entre íons brometo e bromo elementar. Essa química é atraente porque o bromo é amplamente disponível, possui um alto potencial eletroquímico e se dissolve bem em eletrólitos líquidos. O ponto negativo aparece durante o carregamento, quando grandes quantidades de bromo são produzidas. Esse material reativo pode atacar os componentes da bateria, reduzir a quantidade de ciclos de carga que a bateria pode suportar e aumentar os custos gerais do sistema. Aditivos conhecidos como agentes de complexação de bromo podem ajudar a limitar a corrosão, mas frequentemente fazem com que o eletrólito se separe em diferentes fases, o que interrompe a uniformidade e torna o sistema mais difícil de gerenciar.
Em um estudo publicado na Nature Energy, pesquisadores liderados pelo Prof. Xianfeng Li do Instituto Dalian de Física Química (DICP) da Academia Chinesa de Ciências (CAS) relataram uma nova abordagem para a química das baterias à base de bromo. A equipe projetou uma reação relacionada ao bromo que transfere dois elétrons em vez de um e aplicou com sucesso em uma bateria de fluxo zinco-bromo. Seus resultados mostram tanto uma prova de conceito funcional quanto um escalonamento bem-sucedido em direção a um sistema de bateria de longa duração.
Capturando Bromo para Aumentar o Desempenho
Os pesquisadores alcançaram isso adicionando compostos de amina ao eletrólito, onde atuam como sequestradores de bromo. Durante a operação da bateria, o bromo (Br2) formado por reações eletroquímicas é convertido em compostos de amina brominados. Esse processo reduz a quantidade de Br2 livre no eletrólito para um nível ultra-baixo de cerca de 7 mM. A química tradicional do bromo depende de uma transferência de um único elétron de íons brometo para Br2. Em contraste, o novo processo permite uma transferência de dois elétrons de íons brometo para os compostos de amina brominados, o que aumenta a densidade de energia. Ao mesmo tempo, manter os níveis de Br2 extremamente baixos reduz significativamente os efeitos corrosivos, ajudando a prolongar a vida útil da bateria.
Estabilidade a Longo Prazo e Custos Menores em Escala
A equipe então testou essa química em baterias de fluxo zinco-bromo em condições práticas. Como o eletrólito contém muito pouco Br2, a bateria pode operar de forma confiável usando uma membrana de troca iônica não fluorada padrão (SPEEK), o que ajuda a reduzir custos. Em um teste de escalonamento de 5 kW, a bateria funcionou de forma estável por mais de 700 ciclos a uma densidade de corrente de 40 mA cm-2 e alcançou uma eficiência energética superior a 78%. Com a concentração de Br2 mantida tão baixa, nenhuma corrosão foi detectada em componentes críticos — incluindo coletores de corrente, eletrodos e membranas — tanto antes quanto depois dos ciclos.
Implicações para o Futuro do Armazenamento de Energia
“Nosso estudo fornece uma abordagem nova para o design de baterias de fluxo baseadas em bromo de longa duração e estabelece as bases para a aplicação e promoção futura de baterias de fluxo zinco-bromo”, disse o Prof. Li.