Bateria solar recarrega diretamente, sem precisar de painel solar

Protótipo da bateria, com 100 cm2, mostrando a janela óptica de 64 cm2 para recarregamento ao Sol.
[Imagem: M De Volder/University of Cambridge]

Bateria solar

Imagine uma bateria que você coloca para recarregar ao Sol - sim, só a bateria tomando Sol, sem precisar de um painel solar.

Esta é a novidade apresentada por duas equipes, trabalhando de forma independente.

A inspiração para o trabalho veio das perovskitas, semicondutores que estão sendo largamente usados em células solares.

Buddha Boruah e seus colegas da Universidade de Cambridge, no Reino Unido, começaram misturando as perovskitas com o eletrólito para tentar coletar a luz solar. Os resultados não foram muito bons porque o semicondutor não permanecia estável. Mas o princípio mostrou-se tão promissor que os pesquisadores começaram a procurar substitutos que permitissem integrar as baterias e as células solares..

Para a parte do coletor solar, a solução foi encontrada em uma mistura de um polímero semicondutor amplamente usado na eletrônica orgânica, chamado P3HT [poli(3-hexiltiofeno)], óxido de grafeno e óxido de vanádio (V2O5).

Para guardar a energia, a equipe trabalhou com uma bateria de íons de zinco, uma tecnologia que está surgindo como uma alternativa econômica às baterias de íons de lítio.

O cátodo foto-recarregável é composto de uma combinação de V2O5, P3HT (polímero semicondutor) e óxido de grafeno reduzido, proporcionando um arranjo de banda que permite a fácil extração dos elétrons energizados.

O V2O5 absorve a maior parte da luz solar em toda a faixa visível, energizando os elétrons e gerando pares de cargas positivas e negativas (elétrons-lacunas). Os elétrons energizados se movem entre os outros materiais, enquanto o P3HT bloqueia o movimento das lacunas correspondentes, evita sua recombinação e a consequente perda de carga. E as lacunas, por sua vez, repelem os íons de zinco, expulsando-os do catodo e recarregando a bateria.

Esquema de funcionamento da bateria de íons de zinco que se recarrega diretamente sob a luz solar.
[Imagem: M De Volder/University of Cambridge]

Bateria com energia renovável

Embora as baterias de íons de zinco tenham uma densidade de energia menor, elas são mais estáveis que as de lítio, podem operar com eletrólitos aquosos e são consideravelmente mais baratas, tornando-as ideais para uso em aplicações fora da rede, para comunidades rurais ou para armazenamento de energias renováveis.

Poder recarregá-las sem depender de painéis solares pode tornar os sistemas não apenas mais baratos, mas intrinsecamente renováveis.

Embora tenham demonstrado o funcionamento da bateria solar em uma escala surpreendentemente grande, a equipe agora terá pela frente o desafio de lidar com o calor envolvido em deixar uma bateria ao Sol.

Esta bateria de fluxo solar bateu o recorde de eficiência, mas ainda sofre com a pouca durabilidade devido aos componentes usados.
[Imagem: Wenjie Li]

Recorde de eficiência

A segunda equipe a apresentar seus resultados reúne pesquisadores da Arábia Saudita, Austrália, EUA e Hong Kong.

Wenjie Li e seus colegas construíram uma bateria solar do tipo de fluxo, em que a energia vai sendo armazenada em um líquido que pode ser guardado em tanques para quando a energia for necessária.

Um diferencial é que eles conseguiram manter o uso das perovskitas, o que permitiu alcançar grande eficiência - na verdade, uma eficiência recorde de 20%. Isso supera as células solares de silício disponíveis comercialmente e é 40% mais eficiente do que o recorde anterior dessa classe de baterias.

Contudo, a equipe ainda não conseguiu resolver a questão da durabilidade e da robustez: a bateria de fluxo solar à base de perovskita durou apenas 200 horas operacionais, mostrando o quanto falta para ser feito para que esta vertente da tecnologia possa estar pronta para sair dos laboratórios.

Bibliografia:

Artigo: Photo-rechargeable zinc-ion batteries
Autores: Buddha Deka Boruah, Angus Mathieson, Bo Wen, Sascha Feldmann, Wesley M. Dose, Michael De Volder
Revista: Energy & Environmental Science
DOI: 10.1039/d0ee01392g

Artigo: High-performance solar flow battery powered by a perovskite/silicon tandem solar cell
Autores: Wenjie Li, Jianghui Zheng, Bo Hu, Hui-Chun Fu, Maowei Hu, Atilla Veyssal, Yuzhou Zhao, Jr-Hau He, T. Leo Liu, Anita Ho-Baillie, Song Jin
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-020-0720-x