Diante do crescente uso de energias renováveis, muitas vezes intermitentes, a necessidade de soluções de armazenamento estacionário torna-se crucial. Embora a ideia de armazenar energia em concretos não seja nova, ela permaneceu marginal por muito tempo devido à falta de desempenho satisfatório, limitando-se na maioria das vezes ao armazenamento térmico.
Um sistema eletroquímico Zn-MnO2 é integrado em uma matriz sólida de geopolímero à base de metacaulim. Essa arquitetura permite o armazenamento e a liberação de energia diretamente do material de construção, abrindo caminho para edifícios capazes de armazenar eletricidade em suas paredes.
© Kovrugin et al.
Inspirando-se nos geopolímeros já utilizados como alternativa ao cimento clássico em concretos de baixo impacto ambiental, cientistas propõem um novo sistema eletroquímico muito mais eficiente graças à conversão direta de energia química em eletricidade. Esse dispositivo permitiria, por exemplo, armazenar nas próprias paredes dos edifícios a eletricidade produzida por painéis solares ou turbinas eólicas, para uso posterior.
Os pesquisadores do Instituto de Química da Matéria Condensada de Bordeaux (CNRS/Universidade de Bordeaux/Bordeaux INP), em colaboração com o Centro de Física de Materiais espanhol, deram assim um importante passo ao conceber uma bateria sólida cujo eletrólito é um geopolímero à base de metacaulim, ou seja, um polímero inorgânico aluminossilicato obtido pela calcinação de argilas. Reconhecido por suas excelentes propriedades mecânicas, esse geopolímero é uma alternativa ecológica ao cimento Portland comum como aglutinante do concreto, pois sua produção emite muito menos CO₂.
A bateria recarregável desenvolvida pela equipe é uma bateria de íons Zn que utiliza essa matriz de geopolímero como eletrólito separando eletrodos clássicos, feitos de zinco para o eletrodo negativo e dióxido de manganês para o eletrodo positivo. Ativada por uma solução de sulfato de zinco, a matriz porosa contém uma fase líquida residual que garante o transporte dos íons Zn2+ de um eletrodo para outro.
Resultado: uma densidade de energia de 3,3 Wh/L, ou seja, quatro vezes superior à (0,8 Wh/L) medida em dispositivos cimentícios clássicos do tipo Portland. É claro que essa densidade é bem inferior à das baterias convencionais do tipo Li-ion (~570 Wh/L). Mas o armazenamento aqui está integrado ao próprio volume da estrutura, o que compensa amplamente essa densidade mais baixa.
Ainda em um estágio inicial fundamental, vários desafios técnicos permanecem, como melhorar a estabilidade dos eletrodos de zinco e reforçar as propriedades mecânicas do eletrólito sólido. Mas esses obstáculos parecem superáveis diante dos avanços rápidos no campo das baterias aquosas de íons Zn e das aplicações crescentes dos geopolímeros no setor da construção.
A longo prazo, esse novo conceito, publicado na Materials Horizons, poderia acompanhar o desenvolvimento de edifícios com energia positiva, onde as próprias paredes armazenariam a eletricidade produzida no local. E se a energia do futuro estivesse escondida nos tijolos de amanhã?