Energia

Material do futuro é sintetizado por mecanoquímica

Perovskitas: Material do futuro é sintetizado por mecanoquímica
Os cristais sintetizados mecanicamente geraram células solares com um desempenho 10% superior a outras feitas com perovskitas sintetizadas pelos métodos químicos tradicionais. [Imagem: Lewinski Group]

Química de estado sólido

Um dos materiais mais promissores para uma nova geração de células solares, LEDs e memórias RAM pode ser fabricado facilmente por meios puramente mecânicos.

O uso da mecanoquímica para fabricar cristais de perovskita foi descoberto por Daniel Prochowicz e seus colegas da Universidade de Tecnologia de Varsóvia, na Polônia.

Em lugar das soluções de compostos químicos agressivos em altas temperaturas, os cristais de perovskita agora podem ser sintetizados em estado sólido, por um processo mecanoquímico que consiste basicamente em misturar e moer pós.

E o processo terá aplicações mais amplas.

"Com a ajuda da mecanoquímica, podemos sintetizar uma variedade de materiais funcionais híbridos inorgânicos-orgânicos com grande importância para o setor de energia. Nossas 'filhas' mais jovens são perovskitas de alta qualidade. Estes compostos podem ser usados para fabricar finas camadas sensíveis à luz de células solares de elevada eficiência," disse o professor Janusz Lewinski, coordenador da equipe.

Mecanoquímica

Para sintetizar mecanicamente as perovskitas, a equipe usou um moinho de bolas no qual são inseridos dois pós: um branco, o iodedo metilamônio (CH3NH3I), e outro amarelo, o iodedo de chumbo (PbI2).

"Depois de alguns minutos de moagem, não fica nenhum traço dos ingredientes. Dentro do moinho fica apenas um pó preto homogêneo, a perovskita CH3NH3PbI3," explica Anna Maria Cieslak, da Academia Polonesa de Ciências.

"Horas e horas de espera pelo produto da reação? Solventes? Temperaturas altas? No nosso método, tudo isso se torna desnecessário! Nós produzimos compostos químicos por meio de reações que ocorrem apenas em sólidos a temperatura ambiente," disse Prochowicz.

Perovskitas: Material do futuro é sintetizado por mecanoquímica
A equipe usou um moinho de bolas no qual são inseridos dois pós: um branco, o iodedo metilamônio (CH3NH3I), e outro amarelo, o iodedo de chumbo (PbI2). O material resultante (preto) pode ser visto no centro. [Imagem: IPC PAS/Grzegorz Krzyzewski]

Para ver se o material resultante era bom, a equipe o enviou para o professor Michael Graetzel, da Escola Politécnica de Lausanne, na Suíça, especialista em células solares. O resultado foram células solares com um desempenho 10% superior a outras feitas com perovskitas sintetizadas pelos métodos químicos tradicionais.

"O método mecanoquímico de síntese de perovskitas é o método mais ambientalmente amigável de produzir esta classe de materiais. Simples, rápido e eficiente, ele é ideal para aplicações industriais. Com toda a responsabilidade, podemos afirmar: as perovskitas são os materiais do futuro, e a mecanoquímica é o futuro das perovskitas," disse o professor Lewinski.

Perovskitas

Perovskitas são um grande grupo de materiais, caracterizado por uma estrutura cristalina bem definida.

Na natureza, a perovskita aparece como um mineral chamado óxido de cálcio titânio(IV), ou CaTiO3. Nele, os átomos de cálcio são dispostos nos cantos de um cubo, no meio de cada uma das paredes há um átomo de oxigênio e no centro do cubo há um átomo de titânio.

Em outros tipos de perovskitas, a mesma estrutura cristalina pode ser construída de vários compostos orgânicos e inorgânicos, o que significa que o titânio pode ser substituído, por exemplo, por chumbo, estanho ou germânio.

Como resultado, as propriedades de cada perovskita podem ser ajustadas de modo a melhor se adequar à aplicação desejada, por exemplo, em energia fotovoltaica, LEDs e telas, mas também na construção de eletroímãs supercondutores, transformadores de alta tensão, geladeiras magnéticas, sensores de campo magnético, catálise ou memórias RAM capazes de guardar trits, em vez de bits.

Bibliografia:

Mechanosynthesis of the hybrid perovskite CH3NH3PbI3: characterization and the corresponding solar cell efficiency
D. Prochowicz, M. Franckevicius, A. M. Cieslak, S. M. Zakeeruddin, M. Grätzel, J. Lewinski
Journal of Materials Chemistry A
Vol.: 3, 20772-20777
DOI: 10.1039/C5TA04904K




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