Folha artificial pode ser a chave para produção infinita de energia
Pesquisadores
da Rice University conseguiram criar um dispositivo tão eficiente e
(mais importante) de baixo custo com a mesma função da já existente
folha artificial: dividir a água usando luz e produzir combustível
(hidrogênio) e eletricidade.
A pesquisa foi liderada pelo
engenheiro Jia Liang, integrante do grupo de pesquisa de Lou que, no
ano passado, promoveu mudanças nas células solares de perovskita. Esse
cristal tem estruturas cúbicas e é reconhecido como ótimo coletor de luz
(tem eficiência acima de 25% na conversão de energia solar em eletricidade). Seu problema: se tornar instável em ambientes com umidade e calor – além de ser um material caro.
"O
módulo integrado transforma a luz do sol em eletricidade, gerando uma
reação eletroquímica para obter combustível. É o mesmo conceito da folha
artificial, mas instável ao ar livre”, explicou o engenheiro de
materiais e um dos autores do trabalho, Jun Lou.
O pesquisador Jia Liang com as células solares de perovskita.Fonte: Rice University/Jeff Fitlow/Divulgação
Estabilidade sob o sol
Em
dezembro de 2019, a equipe começou a testar novos materiais. Com isso,
conseguiu que as células, que tendiam a falhar rapidamente por conta
dessa instabilidade, se tornassem 12% mais eficientes e estáveis:
preparadas em condições ambientais, resistiram à alta umidade de
Houston, Texas e permaneceram íntegras ao ar livre por mais de dois
meses, ao contrário do modelo anterior, que não resistia a poucos dias
de funcionamento.
Basicamente, a plataforma desenvolvida
integra eletrodos catalíticos e células solares de perovskita. Exposta à
luz solar, as células do mineral produzem uma corrente elétrica, que
flui para os catalisadores. Estes transformam a água em hidrogênio e
oxigênio.
As células da Rice University estão próximas de serem viáveis comercialmente.Fonte: Rice University/Jeff Fitlow/Divulgação
A
novidade está justamente aí: a equipe de Liang uniu os cristais de
perovskita e os eletrodos em um único módulo. Quando imerso em água e
exposto ao sol, ele produz hidrogênio sem precisar de energia externa.
"Liang
substituiu os componentes mais caros das células solares, como a
platina, por alternativas como o carbono. Isso fez cair uma das
principais barreiras para a produção comercial em larga escala”,
explicou Lou.
Uma
seção transversal da célula solar vista por microscópio eletrônico: de
cima para baixo, um eletrodo de carbono, perovskita, óxido de titânio,
óxido de estanho e vidro (a barra de escala é igual a 500 nanômetros).Fonte: Rice University/Divulgação
O melhor está na embalagem
O
polímero que encapsula a célula solar é a estrela do sistema,
protegendo o módulo e permitindo sua imersão por longos períodos – ao
contrário de outros sistemas catalíticos, em que os somente os eletrodos
são imersos em água, se conectando à célula solar por fios.
“Usamos
um filme de ionômero, que permite que a luz do sol alcance o sistema
enquanto o protege, servindo ainda como um isolante entre as células e
os eletrodos”, explicou Liang.
O desenho mostra a estrutura de um catalisador integrado movido a energia solar.Fonte: Rice University/Jia Liang/Divulgação
A
perspectiva do grupo é que o sistema se alimente sozinho. “É possível
criar um loop autossustentável, mesmo sem luz solar. Basta usar a
energia armazenada como combustível químico, colocando o hidrogênio e o
oxigênio em tanques separados e incorporando ao sistema um terceiro
módulo, que transformaria esses dois elementos novamente em
eletricidade.”
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