Descodificação dos processos de envelhecimento em baterias de sal fundido de sódio-zinco
Observação direta dos ciclos de carga por raios X
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Até agora, só foi possível deduzir indiretamente por que razão as baterias de alta temperatura perdem eficiência e durabilidade durante a utilização. Pela primeira vez, uma equipa do Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) utilizou a chamada radiografia de raios X operando para olhar diretamente para uma bateria de sal fundido de sódio-zinco a cerca de 600 graus Celsius. As imagens revelam processos anteriormente ocultos e mostram que, em condições reais de funcionamento, as camadas de separação dentro da bateria podem revelar-se problemáticas. Os resultados fornecem informações importantes para novos conceitos simplificados de células para armazenamento de energia em grande escala.
Conceção de uma bateria de metal líquido - Projeto Solstice
HZDR / Blaurock
As baterias de sal fundido de sódio-zinco são vistas como uma opção muito promissora para o armazenamento estacionário de energia. Mas envelhecem demasiado depressa. "Estes sistemas têm um grande potencial porque o sódio e o zinco são baratos e facilmente disponíveis", explica o Dr. Norbert Weber. Enquanto coordenador do projeto europeu SOLSTICE, o cientista do HZDR tem vindo a investigar sistematicamente vários conceitos de armazenamento de sódio-zinco. "Ao mesmo tempo, não tínhamos uma compreensão clara da razão pela qual as células perdem tanto da sua eficiência durante a utilização". Uma das vantagens da tecnologia de alta temperatura é o facto de os metais serem líquidos a várias centenas de graus Celsius e poderem ser transportados de forma particularmente rápida. Mas é precisamente esta dinâmica que torna os sistemas difíceis de controlar.
Durante muito tempo, só foi possível deduzir indiretamente a razão pela qual as baterias de sal fundido de sódio-zinco envelhecem prematuramente. Embora as medições electroquímicas clássicas registem a corrente e a tensão, não fornecem uma imagem completa dos processos no interior das células. "A nossa bateria é completamente líquida. O que lá acontece é altamente dinâmico", explica Martins Sarma, autor principal do estudo. "Mas não podemos simplesmente abrir uma bateria para ver o seu interior enquanto está a funcionar. E se a deixarmos arrefecer, as estruturas mudam fundamentalmente".
Observação direta dos ciclos de carga por raios X
Para visualizar estes processos, a equipa utilizou a radiografia de raios X operando, um método de imagem que lhes permitiu, pela primeira vez, seguir diretamente a carga e a descarga em condições reais de funcionamento. Este método revelou os movimentos do sódio, do zinco e do eletrólito que determinam a eficiência e a longevidade da bateria. As imagens proporcionaram uma visão inesperadamente clara de um elemento que é considerado indispensável em muitos conceitos de células: o separador. Trata-se de uma camada de separação porosa entre os eléctrodos que impede o contacto direto entre o sódio e o zinco, evitando assim reacções secundárias indesejáveis.
No entanto, os raios X revelam que, durante o funcionamento, o zinco pode acumular-se na zona do separador. Aí, perde o contacto elétrico com o elétrodo e deixa de estar disponível para continuar a alimentar a bateria. "É um pouco como se o material ficasse preso numa peneira", diz a Dra. Natalia Shevchenko, que trabalha no armazenamento eletroquímico de energia e na sua análise no HZDR. "Com o tempo, perde-se cada vez mais zinco ativo - um mecanismo que ajuda a explicar o envelhecimento das células."
Os resultados mostram uma coisa acima de tudo: os separadores nas baterias de sal fundido de sódio-zinco não são um componente passivo; influenciam significativamente o funcionamento e o envelhecimento das células. Em experiências suplementares, excluindo um separador, os cientistas observaram que o zinco não aderia a uma barreira sólida e se perdia permanentemente. Ao mesmo tempo, porém, a auto-descarga aumentou porque o sódio e o zinco podiam entrar em contacto mais facilmente. A comparação demonstra claramente que os separadores devem ser reavaliados em condições de alta temperatura.
Com base nisto, a equipa está agora a trabalhar em melhorias específicas do conceito de célula. O objetivo é controlar melhor o transporte de substâncias entre as fases líquidas sem ter de depender de componentes complexos ou dispendiosos. A longo prazo, isto deverá produzir soluções robustas, simples e económicas que facilitem a utilização de baterias de sal fundido de sódio-zinco também no armazenamento de energia em grande escala fora dos laboratórios.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
Publicação original
M. Sarma, N. Shevchenko, N. Weber, T. Weier, Operando characterisation of Na-Zn molten salt batteries using X-ray radiography: insights into performance degradation and cell failure, in Energy Storage Materials, 2025.
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