Don Sadoway, estrela do MIT, fala sobre inovações em armazenamento de energia

Jul 27, 2023

Don Sadoway, professor de química de materiais do MIT, é um dos professores mais populares da escola e um dos palestrantes mais procurados. Ele falou no Palo Alto Research Center em 8 de março em um evento patrocinado pelo MIT Club of Northern California.

Se você tiver a chance de assistir às aulas de Sadoway ou ouvi-lo falar - faça isso. Ele é um dos professores mais divertidos e informativos que você encontrará, mesmo que esteja dando palestras sobre química do estado sólido. A palestra deste vídeo é próxima da palestra que ele deu no PARC.

A pesquisa de Sadoway abrange desde a produção de metais e dispositivos portáteis de armazenamento de energia até sua "bateria líquida", que tem aplicações em armazenamento em nível de rede para aplicações de energia renovável.

Sadoway discutiu dois tópicos técnicos -- baterias de metal líquido para armazenamento de energia em larga escala e baterias sem íon-lítio para aplicações automotivas. Ele também tocou no ensino, aprendizagem, música e arte.

O professor falou sobre como os recarregáveis ​​melhoraram à medida que progredimos de ácido de chumbo a 35 Wh/kg para íons de lítio a 150 Wh/kg (em comparação à gasolina a 12.000 Wh/kg). Mas Sadoway não acredita que as baterias de íons de lítio tenham futuro em escala de grade ou aplicações de transporte. Precisamos mudar as químicas e isso requer inovação radical, de acordo com Sadoway, para tornar a energia solar e eólica mais despachável. Nesse caso, precisamos fazer uma bateria que suporte alta corrente.

As baterias de íons de lítio em telefones e carros devem ser ultra-seguras. Os telefones celulares "precisam ser à prova de idiotas, em grande parte porque estão nas mãos de idiotas", e as baterias dos carros precisam resistir a uma batida. As baterias estacionárias para armazenamento a granel não atendem aos mesmos requisitos, o que permite mais liberdade na escolha da química, mas a aplicação requer um preço muito baixo - e Sadoway insiste que você deve pensar no preço no início do design do produto processo.

A tração automotiva para um carro totalmente elétrico tem um custo-alvo de US$ 100 a US$ 200 por kWh, e o armazenamento estacionário precisa estar próximo de US$ 50 por kWh, de acordo com Sadoway.

Sadoway também avaliou o estado lamentável da pesquisa de energia nos Estados Unidos, dizendo: "Precisamos acelerar a taxa de descoberta. Podemos fabricar baterias duas ou três vezes melhores se estivermos dispostos a fazer o investimento". Ele disse que a pesquisa energética caiu seis vezes, enquanto a pesquisa médica cresceu quatro vezes desde a década de 1970. Ele disse que a indústria de energia dos EUA gasta 0,25% de suas receitas em P&D, enquanto a indústria farmacêutica gasta 18% e as empresas de semicondutores gastam 16%. Até a indústria automotiva gasta 3% de sua receita em P&D.

Voltando à pesquisa de baterias, Sadoway recomendou que os pesquisadores "limitassem sua busca a elementos abundantes na Terra. A única maneira de tornar algo baratíssimo é fazê-lo a partir da sujeira - sujeira americana".

Uma bateria colossal, mas barata

Sadoway desafiou a comunidade de pesquisa a inventar uma bateria colossal, porém barata. Ele orientou os pesquisadores a observar a economia de escala da eletrometalurgia moderna e da fundição de alumínio, que lida com o santo graal das baterias - alcançando uma alta corrente enquanto mantém uma escala massiva.

Por que uma célula de alumínio não é uma bateria? Você tem que produzir metais líquidos em ambos os eletrodos.

Fazer metal no cátodo é trivial, mas fazer metal no ânodo não é tão trivial. Então Sadoway voltou à Tabela Periódica e usou magnésio para "intimidar" o antimônio a se comportar como um não-metal. A partir daí, usando dinheiro inicial do MIT, Sadoway e sua equipe inventaram a bateria de metal líquido ou, mais academicamente, um processo chamado "Eletrólise Ambipolar Reversível".

A bateria usa antimônio fundido e magnésio fundido separados por um eletrólito. Sadoway afirma que a configuração totalmente líquida é automontável e espera-se que seja escalável a baixo custo. Além disso, essa tecnologia pode ser mais barata do que as baterias de enxofre de sódio (NaS).