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.
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.
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).
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.
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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