Tecnologia de bateria do Hubble mantém o poder na Terra

A tecnologia de níquel-hidrogênio é segura, durável e duradoura – agora também é acessível

Baterias de níquel-hidrogênio armazenam energia renovável para usinas de energia, empresas e residências, graças às inovações da EnerVenue, sediada em Fremont, Califórnia, informadas por artigos da NASA do Glenn Research Center sobre o desempenho da tecnologia no Telescópio Hubble, na Estação Espacial Internacional e muito mais.

A tecnologia de baterias que alimentou a Estação Espacial Internacional, o Telescópio Espacial Hubble e vários satélites agora está armazenando energia na Terra, permitindo que fontes intermitentes de energia renovável forneçam energia estável.

As baterias são “extremamente duráveis ​​em todos os sentidos da palavra”, disse Jorg Heinemann, CEO da EnerVenue Inc., sediada em Fremont, Califórnia, que conseguiu reduzir o custo da tecnologia ao eliminar a necessidade de platina cara, tornando as aplicações terrestres mais viáveis.

“Com nossas inovações de economia de custos, acreditamos que esta é a melhor bateria para usinas de energia, empresas e residências”, disse ele.

Energia da estação espacial

A tecnologia de baterias de níquel-hidrogênio já existe há décadas. Essas baterias foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1970 e, na década de 1980, começaram a substituir a tecnologia de níquel-cádmio em satélites de comunicações geossíncronos administrados pelo consórcio global Intelsat. Elas eram atraentes para aplicações espaciais porque eram seguras, confiáveis ​​em temperaturas extremas e tinham vida longa.

A NASA usou baterias de níquel-hidrogênio pela primeira vez em 1990 para o Telescópio Espacial Hubble — a estreia da tecnologia em órbita baixa da Terra em um grande projeto. O sistema de energia original do Hubble incluía seis baterias de níquel-hidrogênio de 125 libras que passavam por milhares de ciclos de carga-descarga por ano, extraindo energia dos painéis solares do telescópio quando o Sol estava à vista e gastando essa energia no eclipse.

As baterias foram projetadas para operar por cinco anos, mas todas ainda funcionavam 19 anos depois, quando os astronautas as substituíram por baterias de níquel-hidrogênio novas e mais eficientes.

Enquanto isso, a tecnologia continuou a voar em novas missões.

“Quando a estação espacial surgiu, conduzimos estudos comerciais sobre qual sistema de armazenamento de energia era o melhor para avaliar”, disse Thomas Miller, engenheiro do Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Cleveland, que trabalhou em tecnologias de baterias para a agência espacial por mais de 40 anos.

Baterias de níquel-cádmio e células de combustível de hidrogênio-oxigênio também foram consideradas para o sistema de energia da estação espacial, disse Miller, em uma análise que examinou a confiabilidade em temperaturas extremas, o custo com fornecedores nacionais, a prontidão tecnológica e a longevidade.

“As baterias de níquel-hidrogênio superaram tudo”, disse Miller.

Seis delas foram lançadas em 2000, alimentando a estação espacial por mais de 18 anos antes de serem substituídas por baterias de íons de lítio.

“As baterias de níquel-hidrogênio eram o armazenamento primário de energia acoplado aos painéis solares originais”, disse Miller. “O sistema de energia era muito robusto. Era um dos subsistemas mais confiáveis ​​da Estação Espacial Internacional.”

Reduzindo o custo

As baterias são pesadas — não procure por elas em carros ou telefones do futuro — mas elas não são mais proibitivamente caras. A melhoria mais significativa da EnerVenue foi reduzir o custo de fabricação delas.

Cada célula de níquel-hidrogênio consiste em um cátodo de níquel — o eletrodo positivo — e um ânodo catalisado por hidrogênio, que normalmente usa platina cara. Carregar a bateria gera hidrogênio dentro do recipiente altamente pressurizado, que então é reabsorvido na descarga.

“Você pode pensar nisso como armazenar energia na forma de hidrogênio”, disse Heinemann.

O Conselheiro Chefe de Tecnologia da EnerVenue, Dr. Yi Cui, desenvolveu uma técnica para remover platina dessas baterias, reduzindo drasticamente os custos da tecnologia que se tornou mais sofisticada ao longo de décadas de adaptação da NASA para missões de alto nível. Grande parte da base para as baterias da EnerVenue foi lançada pela NASA e descrita em artigos publicados por Glenn, disse Heinemann.

Durando para sempre

Embora sejam maiores e mais pesadas do que as células de íons de lítio, as baterias fornecem mais armazenamento de energia por metro quadrado de espaço no chão do que as alternativas, disse a empresa. Isso ocorre porque elas podem ser empilhadas mais alto sem risco de incêndio, mesmo em temperaturas extremas.

Essas baterias também não exigem controle de temperatura nem manutenção que consumam muita energia, e a EnerVenue disse que suas baterias de níquel-hidrogênio funcionarão com quase 90% da capacidade após 20 anos.

“Basicamente, dura para sempre”, disse Heinemann.

A EnerVenue tem uma linha de montagem automatizada em Fremont e uma fábrica muito maior em andamento no Kentucky. Heinemann disse que as baterias da empresa estão “basicamente esgotadas pelos próximos cinco anos”, principalmente para serviços públicos de grande porte e usinas de energia renovável que precisam armazenar energia gerada por fontes intermitentes como solar e eólica. E mais de 20.000 baterias já estão em operação, compradas para projetos piloto nos quais tanto os proprietários do local quanto a EnerVenue estão coletando dados de desempenho.

A empresa disse que tem cerca de US$ 500 milhões em ordens de compra, além de outros US$ 1,3 bilhão em memorandos de entendimento de clientes de grande porte, com um mercado potencial de mais de US$ 8 bilhões somente na América do Norte. Ela levantou US$ 125 milhões em uma rodada de financiamento da Série A que foi encerrada no final de 2021 e, em junho, anunciou que havia levantado mais da metade de outra rodada de arrecadação de fundos de US$ 515 milhões.

“Desde que não se mova, temos a melhor resposta em termos de armazenamento de energia”, disse Heinemann, observando que a longevidade das baterias as torna um divisor de águas, embora seu tamanho e peso ainda as tornem inadequadas para carros e telefones.

Miller, da NASA, estava otimista sobre o uso dessa tecnologia de bateria na Terra. “É um ótimo conceito”, ele disse. “Estou feliz que eles conseguiram melhorar o custo de fabricação.”