Energia

Bateria quântica: físicos exploram uma nova fonte de energia

Bateria quântica: físicos exploram uma nova fonte de energia
Acima está uma representação gráfica da estrutura da bateria quântica. O diâmetro é comparável ao de um fio de cabelo humano. Abaixo está uma ampliação da parte central da bateria. Os círculos brancos são os nanomagnetos, a parte funcional da bateria.[Imagem: Pham Nam Hai]

Bateria spintrônica

Pesquisadores conseguiram comprovar o funcionamento de uma "bateria spintrônica", ou bateria quântica, um tipo totalmente novo de bateria que armazena e libera energia explorando a propriedade quântica do spin dos elétrons.

Em vez de armazenar e disponibilizar energia por meio de reações químicas, a bateria spintrônica armazena energia em minúsculos ímãs. Da mesma forma que se dá corda em um carrinho de brinquedo, pode-se "dar corda" na bateria de spin - ou seja, recarregá-la - mediante a aplicação de um campo magnético externo, sem nenhuma reação química envolvida.

Superior a tudo que se conhece

O novo tipo de bateria, radicalmente diferente de todas as tecnologias de armazenamento de energia disponíveis hoje, foi criada por físicos das universidades de Tóquio e Tohoku, no Japão, da Universidade de Miami, nos Estados Unidos, coordenados pelo professor Stewart E. Barnes.

Além de inovador, o novo tipo de bateria, segundo o professor Barnes, é potencialmente melhor do que qualquer coisa conhecida até hoje.

"Nós tínhamos antecipado o efeito, porém o dispositivo produziu uma tensão mais de 100 vezes maior e por dezenas de minutos, em vez dos milissegundos que esperávamos", disse Barnes. "O fato de isso ser contraintuitivo é o que levou à nossa explicação teórica do que estava acontecendo".

Nanomagnetos

O segredo por trás da bateria quântica é o uso de nanomagnetos para induzir uma força eletromotriz. Ela usa os mesmos princípios presentes em uma bateria convencional, mas funciona de maneira mais direta.

A energia armazenada em uma bateria atual, seja em um iPod ou em um carro elétrico, encontra-se armazenada na forma de energia química. Quando algo é ligado à bateria, ocorre uma reação química que produz a energia elétrica necessária ao funcionamento do circuito que acaba de ser ligado.

A nova tecnologia converte a energia magnética diretamente em energia elétrica, sem uma reação química. A corrente elétrica gerada neste processo é chamada de corrente de spin polarizado e terá uso em uma nova área emergente de pesquisas chamada spintrônica.

Discos rígidos sem partes móveis

Contudo, a utilização mais imediata da descoberta é na criação de discos rígidos sem partes móveis para computadores, que seriam muito mais rápidos, mais baratos e com menor consumo de energia do que os atuais. No futuro, mediante novos desenvolvimentos, a nova bateria poderá ganhar escala e robustez suficiente para alimentar automóveis elétricos, que poderão ser viabilizados definitivamente.

Junção de túnel magnético

A nova descoberta da bateria quântica, ou spintrônica, aperfeiçoa o entendimento que os cientistas têm sobre como os magnetos funcionam. Agora eles sabem, por exemplo, que a nova bateria armazena carga mediante a aplicação de um grande campo magnético a nanomagnetos presentes no interior do material, em um componente chamado de junção de túnel magnético (MTJ - Magnetic Tunnel Junction).

"Existem ímãs escondidos em muitas coisas. Por exemplo, existem muitos deles em um telefone celular, muitos em um automóvel e são eles que mantêm sua geladeira fechada", explica o professor Barnes. "Existem tantos deles que mesmo uma pequena mudança no nosso entendimento de como eles funcionam, que possa levar somente a um pequeno melhoramento nas máquinas do futuro, terá um impacto significativo tanto em termos energéticos quanto financeiros."

Aplicações

Segundo os pesquisadores, a aplicação mais imediata da descoberta será o emprego das MTJs como componentes eletrônicos que funcionam de forma muito diferente dos transistores tradicionais. Ainda que a aplicação no armazenamento digital de dados seja natural, é impossível prever todas as utilizações práticas desses componentes magnetoelétricos.

Embora o dispositivo real tenha o diâmetro de um fio de cabelo humano e não consiga alimentar sequer um LED, a energia que pode ser armazenada desta forma pode, potencialmente, alimentar um automóvel por muitos quilômetros. Segundo Barnes, as possibilidades são ilimitadas.

Bibliografia:

Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions
Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E. Barnes, Sadamichi Maekaw
Nature Physics
8 March 2009
Vol.: Advance online publication
DOI: 10.1038/nature07879




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