Sistemas de Acúmulo de Energia

Sistemas de acúmulo de energia

A demanda por energia está crescente. Cada vez mais se faz necessária a disponibilidade por mais fontes, sejam elas geradas a partir de recursos primários, como o carvão, petróleo, gás natural e urânio ou a partir de fontes alternativas, como o vento, sol ou biomassa. O aumento na porcentagem de participação dessas últimas depende muito da capacidade de transporte desta energia gerada e do seu armazenamento, já que essas apresentam baixa densidade energética e são produzidas de maneira esparsa e intermitente.

Neste contexto, estão os acumuladores de energia eletroquímicos, também chamados de baterias secundárias ou simplesmente baterias. O princípio básico desses dispositivos é o armazenamento de energia química, que pode ser disponibilizada para uso através de reações eletroquímicas, sendo essas definidas como reações químicas onde o transporte de elétrons se faz a uma distância maior que a ordem de tamanho dos átomos. Em essência, o fluxo de elétrons (eletricidade) gerado pelas reações podem ser aproveitados para a geração de corrente elétrica.

Existem diversas tecnologias e sistemas eletroquímicos utilizados para essas atividades, sendo os principais atualmente os de chumbo-ácido, lítio, níquel-hidreto metálico e níquel-cádmio. Existem muitos outros, mas neste texto, por questões de espaço, serão discutidos alguns aspectos referentes a tecnologia chumbo-ácido, pois além de ser a mais utilizada, é muito versátil, segura e ambientalmente correta, pois existe uma rede de reciclagem muito bem estabelecida dos materiais que a contém.

As baterias de chumbo-ácido, embora tenham mais de 100 anos de história, estão longe de serem ultrapassadas. O que se revela é um sistema eletroquímico que se renova e está cada vez mais preparado para atender as expectativas atuais. Este fato, pode ser constatado se observarmos a grande variedade de aplicações onde ela está presente. Em automóveis, a bateria é utilizada para gerar um pulso de corrente elétrica muito grande, que é utilizada para partir o motor a combustão interna. Devido a presença do alternador, a bateria é recarregada durante a operação do carro de forma que tem um estado de alta carga na maior parte do tempo. Uma outra aplicação é a de fornecer energia para tração, ou seja, para servir como motor efetivamente. Algumas das aplicações são a de fornecer energia para paleteiras e empilhadeiras. Temos assim as baterias tracionárias, que operam em um regime de descarga mais profunda e são recarregadas em horas, sendo regidas por ciclos de utilização (descarga), recarga e descanso.

Recentemente, com o desenvolvimento dos veículos híbridos, um novo tipo de regime surge: o de estado parcial de carga. Este regime é utilizado devido a diversos detalhes técnicos, mas a essência é a utilização do freio regenerativo, que tem como objetivo recuperar a energia de frenagem para recarregar a bateria. Assim, pode-se ter um regime de propulsão híbrido, ora operando a partir de um motor de combustão interna, ora auxiliando ou mesmo sendo movido por um motor elétrico, acionado pela energia liberada pela bateria. Este regime se caracteriza pela condição do acumulador, que se mantém com carga em torno de 50% do total, o que faz com que ela seja capaz de reter a energia da frenagem sem que sofra sobrecarga.

Os grandes desafios para as baterias de veículos híbridos são desenvolver sistemas eletroquímicos que possuam alta aceitação de carga, ou seja, com alta capacidade de receber energia de forma eficiente do freio regenerativo, que é uma energia que deve ser absorvida em um curto espaço de tempo, situação esta chamada de HRPSOC (high rate partial state of charge). Além disso, ela deve ser capaz de suportar uma grande quantidade de ciclos e um reduzido custo de produção, para que seja possível em um futuro próximo a popularização desta tecnologia, inclusive para carros populares.