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Cientistas criam célula de combustível que opera entre -20 °C e 200 °C

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Pesquisadores Academia Chinesa de Ciências (CAS), em pareceria com a Universidade de Tianjin, também na China, desenvolveram novos modelos de células de combustível de membrana de troca de prótons (PEMFCs) que podem operar em temperaturas que variam entre -20 °C e 200 °C.

Essas células transformam a energia produzida durante uma reação eletroquímica entre o hidrogênio e o oxigênio em eletricidade. Embora sejam soluções energéticas altamente promissoras, a maioria delas só pode funcionar em faixas de temperaturas limitadas, em torno de 80 °C e 90 °C.

“Nosso objetivo principal foi criar uma membrana que pudesse absorver o ácido fosfórico. Para fortalecer ainda mais essa capacidade, nós aproveitamos um sistema conhecido como 'efeito de sifão capilar', por meio do qual os líquidos podem ser facilmente absorvidos”, explica o engenheiro de materiais Nanwen Li, coautor do estudo.

Sifonagem capilar

Ao aplicar o conceito de sifonagem capilar a uma membrana convencional, os pesquisadores perceberam que o líquido não era liberado facilmente. Para resolver esse problema, eles fabricaram uma membrana utilizando polímeros com base de Tröger — composto orgânico tetracíclico com microporosidade intrínseca ultra-alta.

Esquema de funcionamento das PEMFCs (Imagem: Reprodução/CAS)
Esquema de funcionamento das PEMFCs (Imagem: Reprodução/CAS)

Com um ajuste preciso do monômero, os cientistas obtiveram um controle maior sobre a distribuição dos poros da membrana. Essa abordagem proporcionou uma estabilidade de condutividade muito melhor, aumentando o desempenho da célula de combustível sob uma ampla faixa de temperaturas.

As células de combustível normalmente funcionam oxidando eletroquimicamente materiais como o hidrogênio, na presença de ar ou oxigênio, produzindo energia elétrica e água. A membrana condutora de prótons é revestida com uma substância catalítica em cada lado, para desencadear reações eletroquímicas entre o ânodo (hidrogênio) e o cátodo (oxigênio) dentro de uma célula”, acrescenta Li.

Novo design

Os pesquisadores acreditam que esse novo design de fabricação de membranas microporosas — usadas em células de combustível à base de troca de prótons — pode melhorar o desempenho e reduzir significativamente os custos de produção desses dispositivos em um curto espaço de tempo.

Processo de fabricação das membranas (Imagem: Reprodução/CAS)
Processo de fabricação das membranas (Imagem: Reprodução/CAS)

A ideia agora é aplicar os conceitos de sifonagem capilar na construção de uma camada para o catalisador. Com isso, será possível melhorar a eficácia e reduzir a carga sobre o sistema de aceleração de reações eletroquímicas, que ocorrem no interior das células de energia durante o processo de eletrificação.

“Usando nossa tecnologia, a pilha de células de combustível seria simplificada ao extremo, independentemente da faixa de temperatura em que estivesse atuando. Essa abordagem também torna possível a fabricação de dispositivos de energia sem a necessidade de componentes auxiliares de aquecimento”, encerra Nanwen Li.

Fonte: Canaltech

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