Zinco
Nos últimos sete anos, 110 aldeias em África e na Ásia receberam energia de baterias que utilizam zinco e oxigénio, a base de um sistema de armazenamento de energia desenvolvido pela NantEnergy com base no Arizona.
A abundante oferta de zinco, a estabilidade fundamental e o baixo custo tornam-no uma alternativa atraente ao lítio, mas os esforços para torná-lo comercialmente viável em escala têm sido poucos e de longe. O sistema de baterias de zinco-ar da NantEnergy substitui um segundo eletrodo por um que “respira ar”, utilizando oxigênio da atmosfera para extrair energia do zinco.
De acordo com um relatório publicado pela Lux Research, “o zinco-ar é uma química bem adequada para micro redes, fornecendo uma solução barata de armazenamento de energia. As baterias de fluxo lutam para reduzir ao tamanho de uma micro-rede típica, e as baterias de iões de lítio não competem no custo”.
Importante, NantEnergy também desenvolveu uma técnica para permitir que o zinco mantenha a sua carga por longos períodos de tempo, resolvendo o problema habitual da reusabilidade limitada das baterias de zinco e zinco-ar. Segundo a empresa, este método pode ser fabricado localmente sem materiais raros ou caros, reduzindo a dependência das importações e contribuindo para os empregos e economias locais.
As baterias de zinco-ar também não contêm compostos tóxicos e não são altamente reactivas nem inflamáveis, permitindo a sua reciclagem e eliminação segura.
No entanto, enquanto o zinco é um dos metais mais abundantes na Terra, a sua utilização em escala como alternativa ao lítio poderá colocar problemas no futuro. O professor de química da Universidade do Sul da Califórnia, Sri Narayan, disse ao New York Times: “Ao ritmo actual de produção de zinco, as reservas de zinco durarão cerca de 25 anos.”
“Portanto, não é claro, a partir das reservas disponíveis, se teremos zinco suficiente para suportar a enorme necessidade que resultará da procura de baterias à escala da rede.”
Sódio-sulfuro
As baterias de sódio-sulfuro são outra alternativa ao lítio, e já viram uso significativo em escala em locais ao redor do mundo.
Em fevereiro de 2019, Abu Dhabi instalou a maior bateria de armazenamento do mundo que faz uso de células de bateria de sódio-sulfuro. É cinco vezes maior do que a segunda maior bateria de armazenamento a 108 megawatts (MW)/ 648 megawatts horas (MWh).
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As baterias de enxofre-sódico têm uma vida útil mais longa do que as suas equivalentes de iões de lítio, com uma vida útil de cerca de 15 anos em comparação com os dois ou três anos esperados das baterias de lítio. O sódio e o enxofre também são materiais abundantes e baratos, o que atenua um dos principais problemas com as baterias de lítio.
No entanto, há riscos envolvidos no manuseio tanto do sódio como do enxofre devido à natureza volátil de ambos os reagentes. O sódio líquido em contato com a água na atmosfera representa um risco significativo devido à reação altamente exotérmica, que pode se tornar explosiva quando se trabalha em escala.
Fábricas e instalações de baterias de enxofre e sódio que as utilizam têm sido palco de vários incêndios, como o incêndio de 2011 na fábrica de Tsukuba no Japão, que fez com que o fabricante NGK suspendesse temporariamente a produção das suas baterias de enxofre e sódio.
Outra desvantagem das baterias de enxofre e sódio é a alta temperatura de funcionamento de 300 °C, que é necessária para liquidificar o sódio. Estas altas temperaturas podem danificar a membrana cerâmica que separa os componentes anódicos e catódicos da bateria, e podem também exacerbar a volatilidade dos reagentes nas baterias.
Células combustíveis de hidrogênio
Hidrogênio tem sido tocado por várias empresas de energia como uma alternativa neutra em carbono ao gás natural liquefeito, e as células combustíveis de hidrogênio também estão sendo desenvolvidas como uma alternativa às tradicionais baterias de lítio.
Células combustíveis de hidrogênio têm uma relação energia/peso dez vezes maior que as baterias de lítio, devido ao uso de hidrogênio e oxigênio como reagentes. Isto significa que as pilhas de hidrogênio podem ser mais leves e ocupar espaços menores enquanto fornecem energia equivalente às baterias de lítio, economizando recursos.
Hidrogênio é extremamente abundante na atmosfera, tornando-a uma alternativa atraente para materiais com suprimento limitado, como lítio ou zinco.
As pilhas de combustível de hidrogênio também têm um alcance maior que as pilhas de lítio e só produzem água e calor como parte do processo de produção de energia, apresentando uma fonte de energia eficiente e neutra em carbono em comparação com as pilhas convencionais.
Embora os processos de fabricação das pilhas (e os dispositivos que elas alimentam) liberem dióxido de carbono na atmosfera, este efeito pode ser mitigado alimentando os processos com fontes de energia renováveis. As baterias de hidrogênio também utilizam menos dióxido de carbono na fabricação do que as baterias de lítio em virtude de não exigirem esforços de mineração intensivos em energia.
No entanto, as pilhas de hidrogênio são uma tecnologia relativamente nova e vêm com seus próprios inconvenientes.
Muito semelhante ao sódio, o hidrogênio é altamente inflamável e pode reagir de forma explosiva se não for manuseado corretamente. Moderar a temperatura das células a combustível é importante para evitar reações voláteis, e porque as células a combustível precisam de água líquida para funcionar em oposição ao vapor ou ao gelo.
A armazenagem do hidrogênio é cara e intensiva em energia, tanto como gás quanto armazenado como líquido a baixas temperaturas. Apesar da sua abundância na atmosfera, o hidrogênio também é difícil e caro de produzir e transportar, particularmente em escala.