Recuperação de eletricidade do armazenamento de calor atinge 44% de eficiência

Bosun Roy-Layinde demonstra como mede a quantidade de energia gerada por suas células termo fotovoltaicas. Foto: Divulgação/ Brenda Ahearn, Michigan Engineering

Para medir a energia produzida por células fotovoltaicas, o pesquisador da Universidade de Michigam Roy-Layinde mantém uma fonte de calor sobre a célula fotovoltaica, que emite a radiação infravermelha que a célula converte em eletricidade; fios conectados à célula fotovoltaica levam a eletricidade a um sensor que lê a tensão e a amperagem.

Aproximando-se da eficiência máxima teórica, os dispositivos para transformar calor em eletricidade estão cada vez mais perto de serem práticos para uso na rede, de acordo com uma pesquisa da Universidade de Michigan.

As baterias de calor poderiam armazenar energia renovável intermitente durante as horas de pico de produção, se tiverem uma versão térmica de células solares para convertê-la em eletricidade depois.

“À medida que incluímos mais energias renováveis na rede para atingir as metas de descarbonização, precisamos de custos mais baixos e durações mais longas de armazenamento de energia, pois a energia gerada pelas energias solar e eólica não corresponde quando a energia é usada”, Andrej Lenert, professor associado de engenharia química da U-M e autor correspondente do estudo divulgado pela Universidade – cuja equipe é formada por, além de Bosun e Andrei, Jihun Lim, Claire Arneson e Stephen R Forrest.

As células termo fotovoltaicas funcionam semelhante às fotovoltaicas/solares: ambas convertem radiação eletromagnética em eletricidade, mas a termo fotovoltaica usa os fótons infravermelhos de menor energia em vez dos fótons de maior energia da luz visível.

Os pesquisadores contam que seu dispositivo pode chegar a uma eficiência de conversão de energia de 44%, estando a 1.435°C (dentro da faixa alvo para armazenamento de energia de alta temperatura existente que é de 1.200°C a 1.600°C), superando os 37% de projetos anteriores.

Stephen Forrest, professor de engenharia elétrica, explica que esta é uma forma de bateria passiva. “Você não precisa extrair lítio como faz com células eletroquímicas, o que significa que não precisa competir com o mercado de veículos elétricos; você pode colocá-lo em qualquer lugar e não precisa de uma fonte de água próxima.

“Essencialmente, usar eletricidade para aquecer algo é um método muito simples e barato de armazenar energia em relação às baterias de íon de lítio. Dá acesso a muitos materiais diferentes para usar como meio de armazenamento para baterias térmicas”, disse Lenert.

Os pesquisadores construíram uma estrutura que eles chamam de ponte de ar para aprisionar fótons com as energias certas para que eles entrassem no semicondutor e enviassem o restante de volta para o material de armazenamento de calor, onde a energia tinha outra chance de ser reemitida como um fóton que o semicondutor poderia capturar.

O trabalho da equipe continua e ela pretende chegar a uma eficiência de 50% em breve. A equipe já solicitou proteção de patente com o auxílio da U-M Innovation Partnerships e está buscando parceiros para levar a tecnologia ao mercado. DOI: 10.1016/j.joule.2024.05.002

A pesquisa é baseada em trabalhos apoiados pela National Science Foundation (2018572 e 2144662) e pelo Army Research Office (W911-NF-17-0312).

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