Energia

Bateria de hidrogênio: Primeiros protótipos funcionais

Bateria de hidrogênio: Primeiros protótipos funcionais
Protótipo da bateria de fluxo de brometo de hidrogênio. [Imagem: Trung Van Nguyen]

Bateria de hidrogênio

As baterias de hidrogênio, ou baterias de prótons, estão entre os conceitos promissores para a substituição das baterias de lítio ou mesmo das células de combustíveis.

Como em todo novo conceito, o progresso tem sido mais lento do que se desejava. Em apenas uma semana, contudo, duas equipes, trabalhando independentemente, mostraram resultados importantes.

A primeira equipe, formada por pesquisadores de várias universidades dos EUA, desenvolveu um novo eletrodo para a bateria de hidrogênio - o eletrodo é o material por onde a corrente elétrica entra, durante a recarga, ou sai da bateria, quando sua energia é usada. Para ser eficiente, um eletrodo precisa de muita área superficial. Para isso, a equipe cultivou nanotubos de carbono diretamente sobre fibras de carbono, formando um eletrodo não apenas poroso, mas com poros minúsculos.

"Antes do nosso trabalho, as pessoas usavam eletrodos de carbono de papel e tinham que empilhar eletrodos para gerar uma saída de alta potência. Os eletrodos tinham que ser muito mais grossos e mais caros porque você precisava usar múltiplas camadas - eles são mais volumosos e mais resistivos.

"Nós tivemos uma ideia simples, mas inovadora, de crescer pequenos nanotubos de carbono diretamente sobre fibras de carbono dentro dos eletrodos - como minúsculos pêlos - e com isso aumentamos a área superficial em 50 a 70 vezes. Resolvemos a exigência de elevada área superficial para eletrodos de bateria de hidrogênio-bromo," disse Trung Van Nguyen, da Universidade do Kansas, um dos líderes da equipe.

Uma questão fundamental que resta antes que uma bateria de brometo de hidrogênio possa chegar ao estágio comercial é o desenvolvimento de um catalisador eficaz para acelerar as reações no lado do hidrogênio da bateria e fornecer uma saída maior - e um catalisador que sobreviva à extrema corrosividade do sistema. A equipe afirma que já está trabalhando nisso.

Bateria de hidrogênio: Primeiros protótipos funcionais
O protótipo da equipe australiana é ainda menor, mas tem a vantagem de já ser totalmente funcional. [Imagem: RMIT University]

Bateria de hidrogênio funcional

Pesquisadores da Universidade RMIT, na Austrália, demonstraram por sua vez a primeira bateria recarregável de prótons totalmente funcional.

O protótipo também usa um eletrodo de carbono para armazenar o hidrogênio, juntamente com uma célula de combustível reversível para produzir eletricidade.

Durante o carregamento, o carbono no eletrodo liga-se com os prótons - ou átomos de hidrogênio - gerados pela divisão da água em oxigênio e hidrogênio, o que é feito com a ajuda de elétrons de uma fonte de alimentação externa. Os prótons são liberados novamente e passam de volta através da célula de combustível reversível para formar água com o oxigênio do ar e gerar energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o carbono não queima, não gerando emissões no processo.

O eletrodo poroso de carbono ativado, feito de resina fenólica, armazena cerca de 1% em peso de hidrogênio. Parece pouco, mas esta é uma energia por unidade de massa comparável com a das baterias de lítio comercialmente disponíveis, lembrando que a bateria de prótons é um protótipo em estágio inicial, ainda longe de ser otimizada. A tensão máxima da célula foi de 1,2 volt para uma área de superfície interna ativa de apenas 5,5 centímetros quadrados.

"O trabalho agora se concentrará em melhorar ainda mais o desempenho e a densidade de energia através do uso de materiais à base de carbono em camadas atômicas e finas, como o grafeno, com o objetivo firme de chegar a uma bateria de prótons verdadeiramente competitiva com as baterias de íons de lítio," disse o professor John Andrews.

Ou, eventualmente, as duas equipes possam se unir, já que a equipe norte-americana já desenvolveu um eletrodo mais eficiente usando os nanotubos, que são essencialmente folhas de grafeno enroladas.

Bibliografia:

Technical feasibility of a proton battery with an activated carbon electrode
Shahin Heidari, Saeed Seif Mohammadi, Amandeep Singh Oberoi, John Andrews
International Journal of Hydrogen Energy
Vol.: 43, Issue 12, 22 March 2018, Pages 6197-6209
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2018.01.153

Highly Dispersed RhxSy Catalyst on Carbon Support with High Nafion Affinity for HER/HOR in HBr Solution
Yuanchao Li, Trung Van Nguyen
ECS Meeting Abstracts




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