Maior produção de energia em células a combustível pode ser alcançada

Descoberta de nova propriedade da perovskita pode ampliar a taxa de produção de energia de um tipo específico de célula a combustível.

taniager

23 Junho 2010 | 14h35

Este diagrama mostra a montagem experimental utilizada pelo professor Yang Shao-Horn e sua equipe. Os círculos no fundo representam minúsculos eletrodos de filme fino feitos de um material chamado de perovskita de cobalto lantânio de estrôncio-substituído, ou LSC (cuja estrutura cristalina está diagramada no canto superior esquerdo). O diagrama mostra a configuração do laboratório usada para medir a atividade catalisadora do LSC. O recorte circular mostra como as moléculas de oxigênio (O2) são trocadas na superfície do LSC. Crédito: cortesia de Eva Mutoro, pesquisadora da equipe do MIT.

Este diagrama mostra a montagem experimental utilizada pelo professor Yang Shao-Horn e sua equipe. Os círculos no fundo representam minúsculos eletrodos de filme fino feitos de um material chamado de perovskita de cobalto lantânio de estrôncio-substituído, ou LSC (cuja estrutura cristalina está diagramada no canto superior esquerdo). O diagrama mostra a configuração do laboratório usada para medir a atividade catalisadora do LSC. O recorte circular mostra como as moléculas de oxigênio (O2) são trocadas na superfície do LSC. Crédito: cortesia de Eva Mutoro, pesquisadora da equipe do MIT.

A célula a combustível pode se tornar um gerador de eletricidade extremamente eficiente no futuro. Ela funciona como uma bateria em escala milimétrica que gera eletricidade a partir de combustível.

Ela também é ecológica, pois o combustível, que pode ser hidrogênio ou etanol, reage na presença de um catalisador, liberando sua energia quimicamente em vez de ser queimado, evitando assim a emissão de poluentes na atmosfera. Esta célula também propicia outro benefício. Ao contrário das baterias, que precisam ser recarregadas em um processo demorado, uma célula a combustível pode ser recarregada rapidamente.

Atualmente muitos tipos de células a combustível foram produzidos em laboratórios de pesquisas utilizando combustível de hidrogênio, muito caro, ou etanol. Mas os pesquisadores enfrentam um problema maior: a lenta produção de oxigênio no catodo, um dos dois terminais elétricos no dispositivo. O desafio de superar os limites de produção e aumentar a eficiência leva pesquisadores a buscar novos materiais para os eletrodos e o combustível utilizados neste minúsculo gerador.


Recentemente, pesquisadores do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), EUA, fizeram uma descoberta surpreendente sobre o comportamento de uma folha finíssima (de espessura em nano escala) de material que pode aprimorar o estudo do comportamento de eletrodos e, talvez, ampliar a taxa de produção de energia de um tipo específico de célula a combustível.

Sabe-se que um mesmo material pode apresentar diferentes propriedades conforme sua forma física. Assim, um filme finíssimo de determinado material desenvolve um comportamento diferente daquele apresentado quando ele está na forma de um bloco sólido.

Mesmo conhecendo este fenômeno, os pesquisadores foram pegos de surpresa quando examinaram o comportamento de uma película muito fina de um mineral chamado perovskita – neste caso depositado como uma cobertura fina sobre uma superfície de cristal de zircônia.

A descoberta pode ampliar em centenas de vezes a capacidade de produção de oxigênio no catodo em células a combustível do tipo SOFCs – a células de óxido sólido. (As células SOFC são caracterizadas por possuírem condutor de eletricidade, ou eletrólito, feito de material cerâmico, que quebra as moléculas do hidrogênio ou do oxigênio, permitindo a separação dos elétrons e a conseqüente geração de energia elétrica. Também existe outro tipo de célula a combustível que possui membrana de troca de prótons, a PEMFCs).

Além de poder ampliar a produção, o experimento com o novo material utilizou eletrodos de cobalto, lantânio e estrôncio, abundantes na natureza e, portanto, muito mais baratos que metais preciosos como a platina utilizada atualmente. Outra característica vantajosa é a temperatura mais baixa de funcionamento dos eletrodos SOFCs, que diminui a degradação do material.

O trabalho da equipe do MIT aborda melhorias no catodo nas SOFCs, que podem viabilizar a aplicação destas células em sistemas de grande escala, como depósitos de energia elétrica.

A pesquisa mostra que características exclusivas de filme finíssimo de perovskita podem aprimorar a atividade catalisadora.

O líder da equipe Yang Shao-Horn, professor de Ciências dos Materiais e Engenharia Mecânica no MIT, sugere que o aumento da reatividade da perovskita pode ser resultado do alongamento da sua superfície. Isto poderia alterar o teor de oxigênio ou a estrutura eletrônica do material.

A equipe está trabalhando, agora, para entender por que a película de perovskita aumenta a produção de oxigênio no catodo. Também está explorando uma família de materiais que pode apresentar propriedades similares.

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