De acordo com o relatório de mercado da IDTechEx, "Mercado de Baterias de Fluxo Redox 2024-2034: Previsões, Tecnologias e Mercados", à medida que a procura por estas tecnologias aumenta, também aumentarão as oportunidades de geração de receitas para as partes interessadas em toda a cadeia de valor. Nas fases iniciais da cadeia de valor, as partes interessadas concentrar-se-ão na fabricação de materiais e componentes e no fornecimento desses materiais aos desenvolvedores de baterias de fluxo redox.
Eletrólito
Um sistema RFB completo é constituído por três componentes principais: o eletrólito, a pilha de células e o sistema de equilíbrio da fábrica (BOP). O sistema RFB mais difundido, o VRFB, utiliza um eletrólito de vanádio, que é dispendioso. Em 2021, as empresas mineiras forneceram 120.000 toneladas de vanádio em todo o mundo, das quais 92% foram destinadas à produção de aço, enquanto o mercado de VRFB representou 2%. Empresas importantes como a Glencore, a Largo e a Bushveld são responsáveis pela mineração de vanádio e serão atores-chave nesta parte da cadeia de abastecimento. O eletrólito de vanádio representa aproximadamente 30 a 50% do custo unitário de um VRFB e este custo será influenciado pelo tamanho total do sistema, bem como pela duração de armazenamento necessária.
Pilha de células
A montagem da célula representa também uma parte significativa do custo unitário das baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs) e é composta por diversos componentes essenciais. Entre eles, estão a membrana, as placas bipolares, os elétrodos, as juntas e os selantes. Pode-se argumentar que os dois componentes mais dispendiosos de uma pilha de VRFB são a membrana e as placas bipolares. À medida que o número de instalações de VRFBs aumenta, a procura de componentes e materiais para estes sistemas também crescerá.
Vista explodida da pilha de células RFB. Fonte: IDTechEx
Membranas
A função das membranas é impedir a mistura dos dois eletrólitos num biorreator (BR) e o contacto entre os dois elétrodos, permitindo simultaneamente o fluxo de iões opostos (como o H+). As membranas geralmente equilibram a condutividade iónica com a seletividade de espécie. As membranas comerciais variam em espessura de 50 a 200 micrómetros. Num BR, a membrana ideal deve apresentar uma boa capacidade de permuta iónica e condutividade iónica, baixa permeabilidade às espécies ativas para evitar a autodescarga e resistência química às espécies agressivas.
As membranas mais utilizadas nas baterias de fluxo redox (RFBs) são as membranas de permuta iónica catiónica (CEMs). As CEM catiónicas podem ser fluoradas ou não fluoradas. O material padrão para as CEM catiónicas fluoradas é o ácido perfluorosulfónico (PFSA), sendo o Nafion, originalmente fabricado pela DuPont, o principal exemplo. Oferecem boa condutividade iónica e resistência a ambientes ácidos, embora apresentem taxas de reticulação de espécies de vanádio não negligenciáveis em baterias de fluxo redox de vanádio (VRFBs). Alguns desenvolvedores de RFBs, em entrevistas com a IDTechEx, comentaram que concentraram os seus esforços de I&D na mitigação deste problema e afirmam que já não representa uma desvantagem para a sua tecnologia. No entanto, estes materiais permaneceram confidenciais, pois provavelmente oferecem uma vantagem comercial. Assim sendo, espera-se que as CEM catiónicas continuem a ser a escolha de membrana mais popular para sistemas de RFB, dadas as suas propriedades abrangentes. Contudo, como destacado no estudo da IDTechEx, trata-se de um componente caro da pilha de células, representando aproximadamente 50% do custo total.
Placas bipolares
A placa bipolar aumenta a estabilidade estrutural da pilha de células e permite que os eletrões fluam do elétrodo positivo de uma semicélula para o elétrodo negativo da semicélula seguinte. Os materiais normalmente utilizados para placas bipolares incluem grafite, polímeros com carga de grafite, titânio ou aço. Os aglutinantes, geralmente termoplásticos ou polímeros termoendurecíveis como fluoropolímeros, polietileno e polipropileno, podem ser utilizados no fabrico de placas bipolares compostas. Estes aglutinantes representam normalmente 10 a 20% da composição do material da placa bipolar. Exemplos de fabricantes de placas bipolares incluem a Hycco e a Schunk. Em última análise, as placas bipolares constituem uma parte significativa do custo da pilha de células.
Perspectivas
Na próxima década, será fundamental que os fabricantes de baterias de fluxo redox (RFB) tenham estabelecido as suas cadeias de abastecimento para satisfazer a crescente procura de tecnologias de armazenamento de energia de longa duração. Haverá oportunidades cada vez maiores para os participantes da cadeia de valor fornecerem materiais e componentes aos desenvolvedores de RFB. Isto pode incluir eletrólitos, membranas, placas bipolares ou os materiais que as compõem, como PFSA, grafite, polímeros com carga de grafite, titânio, aço, termoplásticos, polímeros termoendurecíveis e assim por diante. Enquanto o eletrólito representa entre 30% e 50% do custo unitário das baterias de fluxo redox de vanádio (VRFB), a membrana e as placas bipolares correspondem a uma percentagem entre 30% e 50% do custo unitário das VRFB.
Autor: Conrad Nichols, analista de tecnologia da IDTechEx
