Energia

Célula de energia produz e armazena eletricidade

Célula de energia produz e armazena eletricidade
Uma membrana piezoelétrica acionada mecanicamente bombeia os íons de lítio de um lado para o outro, carregando a célula de energia. [Imagem: Xue et al./Nano Letters]

Gerador-bateria

Geração de energia e armazenamento de energia são dois processos muito diferentes, que exploram princípios físicos distintos.

Um gerador pode, por exemplo, ser formado por bobinas girando ao redor de um ímã, ou por materiais piezoelétricos sendo flexionados ou pressionados por alguma força mecânica.

O armazenamento da energia, por sua vez, pode ser feito quimicamente, como nas pilhas ou nas baterias de lítio.

Agora, uma equipe de engenheiros dos EUA e da China criou um dispositivo híbrido, um gerador-bateria, que é capaz tanto gerar a eletricidade, quanto de armazená-la.

Xinyu Xue e seus colegas criaram um mecanismo que mescla os dois processos em um só, no qual a energia mecânica é convertida diretamente, e já armazenada, na forma de energia química, sem precisar passar pela etapa de converter a energia mecânica em eletricidade, para depois armazená-la.

Célula de energia com autocarregamento

O gerador-bateria é um passo à frente dos nanogeradores, estruturas piezoelétricas que transformam vibrações do ambiente em eletricidade, criando o campo emergente da "colheita de energia".

Eliminando essa etapa, a célula de energia com autocarregamento utiliza a energia mecânica de forma mais eficiente do que o uso de geradores e baterias separadamente.

O coração do dispositivo é uma membrana piezoelétrica, conhecida como PVDF (fluoreto de polivinilideno), que foi usada para substituir o separador de polietileno de uma bateria de lítio convencional.

Quando acionada mecanicamente, a membrana funciona como uma bomba, forçando os íons de lítio a migrarem de um lado para o outro da célula.

Os íons de lítio que atravessam a membrana, devido ao potencial piezoelétrico, são armazenados diretamente como energia química, usando um processo eletroquímico normal - eles são armazenados no anodo, como óxido de lítio-titânio.

O carregamento ocorre em ciclos, seguindo as vibrações mecânicas da membrana, até que haja um equilíbrio químico entre o anodo e o catodo.

Célula de energia produz e armazena eletricidade
Cada célula de energia tem uma capacidade de aproximadamente 0,036 miliamperes-hora. [Imagem: Georgia Tech/Gary Meek]

Capacidade

Quando uma carga é conectada entre os eletrodos do gerador-bateria, os elétrons fluem para o dispositivo a ser alimentado, e os íons de lítio fluem de volta do anodo para o catodo.

Usando uma força de compressão com uma frequência de 2,3 hertz, os pesquisadores elevaram a tensão da célula de energia de 327 para 395 milivolts em quatro minutos.

Isso foi suficiente para alimentar uma carga de um miliampere durante dois minutos, quando então a célula de energia retornou ao seu nível de tensão inicial de 327 milivolts.

Fazendo as contas, os pesquisadores concluíram que sua célula de energia tem uma capacidade de aproximadamente 0,036 miliamperes-hora.

Energia das vibrações

Depois de construir mais de 500 células, e testar todas, a equipe afirma que a célula de geração-armazenamento de energia é cerca de cinco vezes mais eficiente do que gerar a eletricidade e depois armazená-la em uma bateria de lítio.

A ideia dos pesquisadores é utilizar o dispositivo para alimentar pequenos aparelhos, por exemplo, gerando energia a partir do movimento e do andar das pessoas, ou das vibrações resultantes dos carros passando na rua.

Bibliografia:

Hybridizing Energy Conversion and Storage in a Mechanical-to-Electrochemical Process for Self-Charging Power Cell
Xinyu Xue, Sihong Wang, Wenxi Guo, Yan Zhang, Zhong Lin Wang
Nano Letters
Vol.: Article ASAP
DOI: 10.1021/nl302879t




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