Energia

Célula solar-eletroquímica armazena luz do Sol e gera hidrogênio

Célula solar-eletroquímica armazena luz do Sol e gera hidrogênio
Protótipo do reator fotoeletroquímico, que opera nas temperaturas elevadas encontradas nas usinas termossolares. [Imagem: TU Wien]

Célula fotoeletroquímica

As células fotovoltaicas convertem a luz solar em eletricidade, mas sua eficiência diminui a temperaturas elevadas.

Outra linha de trabalho tenta usar a energia elétrica produzida pelas células solares para a produção de hidrogênio, um combustível limpo, mas a eficiência energética desse processo ainda é limitada.

Pesquisadores da Universidade Tecnológica de Viena, na Áustria, desenvolveram agora um novo conceito: eles conseguiram combinar a energia fotovoltaica gerada em altas temperaturas com uma célula eletroquímica, que poderá produzir hidrogênio.

A luz ultravioleta do Sol é usada diretamente para bombear íons de oxigênio através de um eletrólito sólido, o que significa que a energia da luz UV é armazenada quimicamente. Com as adaptações necessárias, este método também pode ser usado para quebrar as moléculas da água em hidrogênio e oxigênio.

"Isso nos permitirá concentrar a luz solar com espelhos e construir plantas de grande escala com um alto índice de eficiência. As células fotovoltaicas comuns, no entanto, só funcionam bem até 100º C. Uma planta com concentradores solares opera em temperaturas muito mais elevadas," disse Georg Brunauer, idealizador da nova célula.

Fotovoltaica com eletroquímica

O que Brunauer fez foi combinar diversos óxidos metálicos para montar uma célula que combina a energia fotovoltaica com a eletroquímica.

A chave para o sucesso foi uma escolha bem feita dos materiais usados. Em vez do silício tradicionalmente usado nas células fotovoltaicas, ele optou pelas perovskitas, tidas como o material do futuro não apenas para células solares, mas também para LEDs e memórias RAM.

"Nossa célula consiste de duas partes diferentes - uma parte fotoelétrica na parte superior e uma parte eletroquímica embaixo. Na camada superior, a luz ultravioleta cria portadores de carga livres, assim como em uma célula solar padrão," explica Brunauer.

Os elétrons nesta camada são imediatamente capturados e dirigidos para a camada inferior, da célula eletroquímica. Uma vez lá, esses elétrons são usados para ionizar o oxigênio. Esses íons de oxigênio negativos deslocam-se então através de uma membrana na parte eletroquímica da célula, onde são armazenados.

O protótipo funcionou a contento, mas a tensão gerada - 0,9 Volt - não é suficiente ainda para a produção direta de hidrogênio. "Esse objetivo está ao nosso alcance, agora que demonstramos que a célula funciona," disse Brunauer.

Bibliografia:

UV-Light-Driven Oxygen Pumping in a High-Temperature Solid Oxide Photoelectrochemical Cell
Georg Christoph Brunauer, Bernhard Rotter, Gregor Walch, Esmaeil Esmaeili, Alexander Karl Opitz, Karls Ponweiser, Johann Summhammer, Juergen Fleig
Advanced Functional Materials
DOI: 10.1002/adfm.201503597




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