Clulas a combustvel ganham 35% de potncia com nanotecnologia

Energia

Com informações do CINE e INPE – 19/01/2023

Clulas a combustvel de xido slido

Pesquisadores brasileiros conseguiram um aumento da densidade de potncia de 35% em um tipo de clula a combustvel j usada em prottipos de veculos.

As clulas a combustvel produzem eletricidade diretamente a partir de hidrognio ou de outros combustveis, como o etanol, permitindo que voc tenha um “carro eltrico de encher o tanque“, no dependendo de baterias que precisem ser recarregadas.

Trabalhando em conjunto com uma equipe do CINE (Centro de Inovao em Novas Energias, sediado na Unicamp) e de instituies na Europa, a pesquisadora Marina Machado trabalhou especificamente com as clulas a combustvel de xido slido, mais conhecidas pela sigla em ingls SOFC (Solid Oxide Fuel Cell).

As SOFCs esto se tornando cada vez mais relevantes no contexto da transio energtica, tendo sido a tecnologia escolhida pela montadora Nissan para lanar seu prottipo de carro eltrico a etanol, em 2016.

“Nossa contribuio colabora no sentido de aumentar a durabilidade e o desempenho da clula a combustvel,” disse Fbio Fonseca, do IPEN (Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares) e membro da equipe. “Esta pesquisa d mais um passo na direo da comercializao das SOFCs.”

Engenharia atmica

A inovao desenvolvida por Marina e seus colegas envolve a adio clula de uma camada dupla, em escala nanomtrica, de materiais xidos. Cada camada tem apenas 200 nanmetros de espessura, ambas aplicadas pela tcnica de laser pulsado.

“Essa tcnica avanada possivelmente a que permite um controle mais eficaz da construo de camadas de xidos complexos,” disse Fbio. “Com ela fizemos uma obra de engenharia de materiais, na qual conseguimos controlar com preciso o arranjo dos tomos nos filmes.”

A adio dessa camada dupla lidou com uma das principais deficincias das clulas a combustvel de xido slido: A baixa estabilidade.

Ganhos de potncia e durabilidade

Estas clulas a combustvel so tipicamente formadas por vrias camadas slidas de vrios xidos. Cada camada cumpre uma funo especfica dentro do objetivo final de promover as reaes eletroqumicas que produzem corrente eltrica. Em linhas gerais, o ctodo gera ons de oxignio, que viajam pelo eletrlito, normalmente formado por um material cermico, at o nodo, onde reagem com hidrognio gerando eletricidade. Basta ento abastecer a clula com hidrognio – ou com molculas que contm hidrognio, como no caso do etanol – e coletar a eletricidade.

Contudo, a troca de ons na interface entre o ctodo e o eletrlito gera compostos qumicos indesejados, que fazem as SOFCs apresentarem queda no desempenho ao longo do tempo, reduzindo sua vida til.

A camada dupla desenvolvida agora atua justamente nesse ponto, garantindo que as reaes eletroqumicas necessrias aconteam mas, ao mesmo tempo, impedindo trocas indesejadas com o eletrlito, eliminando em larga medida os compostos indesejados.

O resultado um ganho de potncia superior a um tero em relao a todos os prottipos j apresentados at agora, alm de um ganho significativo em estabilidade: O prottipo resistiu a 1.500 horas de testes sem sofrer degradao significativa.

“O aumento de potncia faz com que possamos atingir um determinado desempenho para a mesma rea da clula. Portanto, conseguimos diminuir as dimenses da clula a combustvel e diminuir o consumo de combustvel, o hidrognio, obtendo a mesma corrente eltrica,” finalizou Fbio.

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