Biobaterias híbridas atingem eficiência para aplicações práticas

Redação do Site Inovação Tecnológica - 03/11/2023

Princípio de funcionamento da bateria biohíbrida.
[Imagem: Na Chu et al. - 10.1002/anie.202312147]

Bateria híbrida

O ácido fórmico, um transportador de energia tão promissor que vem sendo usado no armazenamento de hidrogênio, em células a combustível e em reatores solares, acaba de se tornar o elemento central em outra fonte alternativa de energia, as células de combustível microbianas, também conhecidas como biobaterias.

Na Chu e seus colegas da Universidade de Agricultura e Silvicultura de Fujian, na China, criaram um sistema de bateria híbrida de carregamento rápido que combina a geração eletroquímica do ácido fórmico - como carreador de energia - com uma célula de combustível microbiana.

Este novo sistema de bateria biohíbrida tem um carregamento rápido, de meros 3 minutos, o que é suficiente para que a bateria produza corrente suficiente para 25 horas de utilização. A energia é baixa, mas dura o suficiente para muitas aplicações.

As células de combustível microbianas usam bactérias para gerar eletricidade, explorando a capacidade de algumas espécies bacterianas de converter moléculas ricas em energia em um fluxo de elétrons. Em baterias totalmente microbianas, as bactérias também produzem moléculas transportadoras de energia durante o processo de carga, que são então utilizadas para gerar eletricidade durante o processo de descarga. No entanto, uma das desvantagens desta abordagem "pura" é que o carregamento ainda é bastante lento e ineficiente.

Ao acoplar a geração eletroquímica puramente inorgânica de uma molécula biológica ativa com uma célula de combustível microbiana, a equipe desenvolveu pela primeira vez um sistema de bateria microbiana híbrida de dois estágios que supera muitos dos desafios enfrentados por essas baterias totalmente microbianas.

Aplicações da biobateria

A intenção básica da equipe era criar uma biobateria híbrida utilizando componentes simples e baratos e que pudesse fornecer energia sustentável. A escolha do ácido fórmico foi natural porque, além de ser um transportador de energia biológica sustentável, ele pode ser produzido biologicamente ou eletrocataliticamente a partir de dióxido de carbono (CO₂) e fica então disponível para consumo pelas bactérias na célula de combustível microbiana.

Usando apenas componentes disponíveis comercialmente, os pesquisadores projetaram uma célula de eletrólise na qual catalisadores inorgânicos convertem o dióxido de carbono em ácido fórmico. Um resultado inesperado foi que o processo de carregamento ocorre em poucos minutos. Uma vez produzido e extraído o ácido fórmico do eletrólito, ele é usado para alimentar um segundo dispositivo - a célula de combustível microbiana - onde as bactérias o convertem lentamente em dióxido de carbono e eletricidade.

Como prova de conceito, a equipe usou a corrente elétrica produzida pela biobateria para monitorar a presença de toxinas na água, demonstrando que o sinal da corrente muda quando toxinas ambientais - como formaldeído e cobre - são adicionadas à água. Como aplicações iniciais da biobateria, a equipe sugere o tratamento sustentável de águas residuais, o monitoramento da toxicidade da água potável ou na dessalinização.

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