Modelo teórico avalia células de combustíveis na prática

Com informações da Agência FAPESP - 14/01/2015

A simulação computacional desenvolvida pela equipe poderá ser usada em outros processos com características semelhantes.
[Imagem: Ag.Fapesp]

Entraves catalíticos

Pesquisadores brasileiros desenvolveram uma nova técnica que poderá dar um impulso no desenvolvimento e uso das células a combustível, dispositivos que convertem diretamente a energia contida no hidrogênio ou outro combustível em energia elétrica.

Embora promissoras, tanto para substituir as baterias dos carros elétricos, quanto para a geração local de eletricidade, as células a combustível se depararam com entraves que estão se mostrando difíceis de superar para que elas passem dos laboratórios para o uso prático.

Um desses entraves é a lenta deterioração dos catalisadores, que ocorre à medida que a superfície do equipamento é recoberta por uma pátina de óxidos.

Hoje, para responder com exatidão por quanto tempo mais uma célula de combustível se manterá operante, é preciso torná-la inoperante: interromper seu funcionamento, abrir o aparelho, retirar o catalisador e analisar sua superfície em laboratório - algo inviável do ponto de vista prático.

Caracterizar sem desmontar

Uma equipe liderada pelo professor Hamilton Varela, da USP de São Carlos (SP), desenvolveu uma nova metodologia para fazer essa avaliação que dispensa a desmontagem da célula para caracterização do estado do catalisador.

Construído a partir da teoria e de simulações computacionais, o conceito envolve um conjunto de equações que podem ser utilizadas sempre que houver um processo de catálise em regime oscilatório rápido, conjugado a um processo de "envenenamento" lento do catalisador - parece complicado, mas imagine a relação entre o ritmo do seu coração (o movimento oscilatório rápido) e o muito mais lento ritmo do seu envelhecimento (o "envenenamento" das suas células).

O trabalho já teve resultados práticos colhidos pela própria equipe, através de um experimento de oxidação de ácido fórmico sobre uma superfície catalisadora de platina e estanho.

"Nesse experimento, verificamos que, se era utilizado um catalisador de platina pura, o sistema começava a oscilar e morria rapidamente, devido à oxidação do metal. Substituímos então o catalisador de platina por outro, composto de platina e estanho," disse Varela.

"Constatamos que a adição do estanho incrementava substancialmente a atividade catalítica, retardando a oxidação da superfície do catalisador e estabilizando o processo de reação por mais de 2.200 ciclos oscilatórios. Antes o processo resistia a apenas algumas dezenas de ciclos," disse.

Regime oscilatório

O segredo é conduzir a reação catalítica de interesse em regime oscilatório.

"Investigando a evolução de longo prazo do sistema, percebemos que as características das oscilações mudam à medida que a superfície do catalisador vai sendo recoberta e perdendo atividade.

"Compreendemos, então, que, se medíssemos a variação das oscilações, poderíamos determinar com precisão o estado do catalisador e fazer previsões sobre o seu funcionamento, sem precisar caracterizar fisicamente sua superfície.

"A variação no padrão oscilatório informa sobre a superfície do catalisador. É um conceito inteiramente novo em termos de caracterização e evolução de sistemas", concluiu o pesquisador.

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