A nova geração de armazenamento de energia

Posted By : Enaie Azambuja
A nova geração de armazenamento de energia

Na Alemanha, o conceito de energiewende (isto é, a transição do país para um perfil energético dominado por energias renováveis e pelo desenvolvimento eficaz e sustentável), envolve, intrinsecamente, o uso inteligente de energia. Contudo, ainda não existem sistemas de armazenamento que possam ser usados para a recuperação da frenagem de energia de maneira eficiente nas variadas máquinas da Alemanha.

Um sistema de armazenamento híbrido, que combine as propriedades de baterias e capacitadores, seria necessário para este fim. O maior desenvolvimento destes híbridos, chamados de "cápsulas de energia", está sendo efetivado pelo KIT e por seus parceiros no projeto FastStorage BW II, o qual está sendo financiado com 25 milhões de euros pelo estado de Baden-Württemberg. 

“O uso eficaz de recursos também requer a recuperação da energia,” afirmou Thorsten Grün, do KIT, que coordena o projeto FastStorage BW II no KIT. “Para isto, queremos disponibilizar sistemas de armazenamento apropriados.” Até agora, a energia elétrica tem sido armazenada principalmente em baterias ou capacitadores. Porém, para muitas aplicações na indústria, ambos os componentes estão longe do ideal: uma bateria pode armazenar uma grande quantidade de energia durante um longo período de tempo. Porém, necessita de longos períodos de recarga, possui uma vida útil limitada e o número de ciclos de recarga é limitado. Um capacitador armazena energia rápido e tem uma vida útil longa, mas não possui a capacidade de armazenamento e o tempo de vida de armazenamento de uma bateria. 

A solução está sendo desenvolvida no projeto FastStorage BW II - um sistema híbrido que combina as vantagens de ambos os sistemas de armazenamento de energia. Os sistemas de armazenamento híbridos, chamados de "cápsulas de energia" ou "capacitadores híbridos", consistem em dois eletrodos de grande dimensão. Diferente de capacitadores convencionais, os eletrodos não são montados de maneira idêntica. Ao invés de um dielétrico, um eletrólito está localizado entre eles e fornece íons positivos. De maneira similar a uma bateria, um eletrodo consiste de óxidos metálicos. Neste momento, ocorre uma reação redox. O segundo eletrodo é constituído de um material carbônico similar a um capacitador. No entanto, diferente da bateria, a energia não é armazenada em uma reação química, mas no campo elétrico entre os íons positivos e os elétrons. Os materiais em reação redox ativa dentro do capacitador aumentam a operação eficaz da tensão e a densidade do campo elétrico, os quais conduzem diretamente um aumento proporcional na capacidade de armazenamento do capacitador. As cápsulas podem estocar o dobro da energia em relação a capacitadores clássicos e, teoricamente, fornecer até dez vezes mais energia elétrica do que uma bateria. 

O KIT desenvolve, constrói e testa, atualmente, um protótipo de sistema de armazenamento feito de células de cápsulas de energia - a soldagem semi-automática de módulos de armazenamento por robôs e a otimização dos parâmetros de soldagem e da rapidez do processo estão sendo analisados. Um alojamento adequado está sendo projetado para assegurar a recarga homogênea das células e o resfriamento suficiente. O desenvolvimento de um controle de operação eletrônica apropriado é de importância crucial e serve para operar o módulo de maneira segura e economicamente eficaz. Em relação a esta questão, os pesquisadores do KIT podem se valer de suas experiências com os sistemas de gestão de baterias. 

Os pesquisadores planejam testar o seu primeiro protótipo com intralogística como, por exemplo, guindastes elétricos, empilhadeiras ou sistemas de transporte autônomos em armazéns altos ou galpões de produção. “Durante cada movimento de elevação ou frenagem, a energia pode ser recuperada e armazenada nas cápsulas de energia,” afirmou Grün. Então, as cápsulas de energia podem fazer com que a recuperação da energia seja mais eficaz ou, em primeiro lugar, possível. Ao mesmo tempo, elas aumentariam a disponibilidade de auxiliadores de transporte elétrico de redes independentes, devido a períodos de recarga de curta duração.

As cápsulas de energia podem ser aplicadas em todas as áreas onde a demanda de energia é heterogênea. Por exemplo, elas podem ser utilizadas em fornecimentos de energia ininterruptos ou no controle de frequência em redes energéticas. Além disso, elas podem interessar empresas de produção com consumo de eletricidade alto, porque os picos de carga caros podem ser reduzidos pelo consumo de energia de armazenamento. 

“Além da viabilidade técnica, o projeto também destaca a eficácia econômica destas soluções híbridas,” explicou Olaf Wollersheim, Chefe do Competence E Project do KIT. “Prestamos muita atenção no uso de materiais e cadeias de processo baratas e compatíveis com o meio ambiente.” As cápsulas de energia desenvolvidas contribuem para a obtenção de conhecimento sobre células de armazenamento de energia. Este conhecimento é uma necessidade absoluta para lidar com a demanda ascendente de energia e com as flutuações de oferta na área de energias renováveis. As cápsulas de energia podem instaurar novas opções para o armazenamento de energia.

Como projeto posterior ao FastStorage BW I, sob o qual foi feito uma análise de mercado sobre os potenciais e aplicações das cápsulas de energia, o projeto FastStorage BW II serviu como base de uma instalação para séries de produção de células de energia em Baden-Württemberg. O projeto é financiado com um total de 25 milhões de euros pelo Ministério das Finanças e Economia de Baden-Württemberg e coordenado pelo Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA), em Stuttgart. Os parceiros do projeto do KIT incluem a VARTA, SEW, Viastore, Fraunhofer ICT, ISW, EEP, ZSW, Freudenberg, IFSW, FESTOOL, Daimler, e a Porsche.

O projeto Competence E do KIT investiga todos os aspectos econômicos relevantes, do material usado para a bateria até o sistema de armazenamento elétrico, de modo peculiar na Alemanha. Com uma plataforma de tecnologia aberta para sistemas de armazenamento de energia elétrica, a abordagem sistêmica visa desenvolver soluções aplicáveis na indústria e nos seus métodos de produção. Este será um passo importante para a mudança no tratamento da energia e no alcance de objetivos de proteção do clima - ao aumentar a capacidade de armazenamento de sistemas de estocagem estacionárias, compensamos a flutuação de energias renováveis e aprimoramos a extensão de veículos elétricos com maior aceitação. 


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