A Agência de Energia Atômica do Japão desenvolveu o que diz ser a primeira "bateria recarregável de urânio" do mundo e as testes verificaram seu desempenho na carga e descarga. Enquanto isso, pesquisadores sul-coreanos desenvolveram um protótipo de bateria betavoltáica alimentada pelo isótopo de carbono-14.
A bateria de armazenamento de urânio utiliza urânio empobrecido (DU) como material ativo do eletrodo negativo e ferro como o do positivo, disse a Agência de Energia Atômica do Japão (JAEA). A voltagem da célula simples da bateria recarregável de urânio protótipo é de 1,3 volts, o que é próximo da de uma bateria alcalina comum (1,5 volts).
A bateria foi carregada e descargada 10 vezes, e o desempenho da bateria permaneceu quase inalterado, indicando características de ciclagem relativamente estáveis.
"Para utilizar o DU como um novo recurso, o conceito de baterias recarregáveis que usam urânio como material ativo foi proposto no início da década de 2000", observou a JAEA. "No entanto, nenhum estudo havia relatado o desempenho específico das baterias recarregáveis de urânio montadas."
Ela acrescentou: "Se as baterias recarregáveis de urânio aumentarem sua capacidade e forem colocadas em uso prático, a grande quantidade de DU armazenada no Japão se tornará um novo recurso para o controle da produção na rede de fornecimento de eletricidade derivada de energia renovável, contribuindo assim para a realização de uma sociedade descarbonizada".
De acordo com a JAEA, atualmente há cerca de 16.000 toneladas de urânio empobrecido armazenadas no Japão e cerca de 1,6 milhão de toneladas armazenadas em todo o mundo.
A JAEA disse que agora está visando aumentar a capacidade das baterias de armazenamento de urânio (a quantidade de eletricidade que elas podem armazenar) circulando o eletrólito.
"Especificamente, estaremos examinando se é possível aumentar a capacidade aumentando a quantidade de eletrólito em circulação e a concentração de urânio e ferro, e quais são os materiais ótimos para os eletrodos e as membranas que compõem a bateria de armazenamento", disse a JAEA. "Se tivermos sucesso em aumentar a capacidade das baterias de armazenamento de urânio e as colocarmos em uso prático e implementá-las na sociedade usando o urânio empobrecido armazenado no Japão, podemos esperar que elas desempenhem novos papéis, como o ajuste da oferta e demanda de usinas solares gigantes".
Ela diz que a necessidade de baterias recarregáveis tem aumentado nos últimos anos com o aumento da introdução de fontes de energia renovável. A geração de energia a partir do sol, do vento e de outras fontes é afetada pelas condições meteorológicas e tem a instabilidade da geração de energia flutuante. Para estabilizar o fornecimento de energia nessa situação, são necessários controles de produção por meio de dispositivos de armazenamento de energia, como baterias recarregáveis, e o desenvolvimento de novas tecnologias de armazenamento de energia está atraindo atenção.
Baterias que duram uma vida
Pesquisadores sul-coreanos estão considerando o radiocarbono como uma fonte para baterias nucleares seguras, pequenas e acessíveis que poderiam durar décadas ou mais sem precisar de recarga.
Su-Il In, professor do Instituto de Ciência e Tecnologia de Daegu-Gyeongbuk, vai apresentar seus resultados na reunião de primavera da Sociedade Americana de Química, que acontece de 23 a 27 de março. A pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia, bem como pelo Programa de Pesquisa e Desenvolvimento do Instituto de Ciência e Tecnologia de Daegu-Gyeongbuk, do Ministério da Ciência e da Tecnologia da Informação e Comunicação da Coreia.
Com o aumento do número de dispositivos conectados, centros de dados e outras tecnologias de computação, a demanda por baterias de longa duração está aumentando. No entanto, In diz que o desempenho das baterias de íon-lítio (Li-ion) está "quase saturado". Sua equipe está, portanto, desenvolvendo baterias nucleares como alternativa ao lítio.
Os pesquisadores produziram um protótipo de bateria betavoltáica com carbono-14, uma forma instável e radioativa de carbono, chamada de radiocarbono. "Decidi usar um isótopo radioativo de carbono porque ele gera apenas raios beta", disse In. Além disso, um subproduto de usinas nucleares, o radiocarbono é barato, facilmente disponível e fácil de reciclar. E, como o radiocarbono se degrada muito lentamente, uma bateria alimentada por radiocarbono poderia, teoricamente, durar milênios.
Para melhorar significativamente a eficiência de conversão de energia de seu novo design, o grupo usou um semicondutor à base de dióxido de titânio, um material comumente usado em células solares, sensibilizado com um corante à base de rutênio. Eles fortaleceram a ligação entre o dióxido de titânio e o corante com um tratamento de ácido cítrico. Quando os raios beta do radiocarbono colidem com o corante à base de rutênio tratado, ocorre uma cascata de reações de transferência de elétrons, chamada de avalanche de elétrons. Em seguida, a avalanche percorre o corante e o dióxido de titânio coleta efetivamente os elétrons gerados.
A nova bateria também possui radiocarbono no ânodo sensibilizado por corante e no cátodo. Ao tratar ambos os eletrodos com o isótopo radioativo, os pesquisadores aumentaram a quantidade de raios beta gerados e reduziram a perda de energia da radiação beta relacionada à distância entre as duas estruturas.
Durante as demonstrações do protótipo da bateria, os pesquisadores descobriram que os raios beta liberados pelo radiocarbono em ambos os eletrodos acionavam o corante à base de rutênio no ânodo para gerar uma avalanche de elétrons que era coletada pela camada de dióxido de titânio e passava por um circuito externo, resultando em eletricidade utilizável.
Essas baterias nucleares de longa duração poderiam permitir muitas aplicações, disse In. Isso inclui o fornecimento de energia para implantes, aplicações remotas e satélites. Por exemplo, um marcapasso duraria a vida de uma pessoa, eliminando a necessidade de substituições cirúrgicas.
No entanto, esse design betavoltáico convertia apenas uma pequena fração da decomposição radioativa em energia elétrica, o que levava a um desempenho inferior em comparação com as baterias Li-ion convencionais. In sugere que esforços adicionais para otimizar a forma do emissor de raios beta e desenvolver absorvedores de raios beta mais eficientes poderiam melhorar o desempenho da bateria e aumentar a geração de energia.
