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Nova tecnologia de célula de combustível de etanol rivaliza com combustíveis fósseis e baterias de carros elétricos
Pesquisadores da Universidade da Flórida Central, nos Estados Unidos, alcançaram um novo recorde de densidade de energia para células de combustível de etanol, ajudando a avançar a tecnologia como concorrente de combustíveis fósseis e baterias de carros elétricos.
Em estudos recentes publicados nas revistas Nature Communications e Joule, o professor associado do UCF NanoScience Technology Center, Yang Yang, e sua equipe desenvolveram novos catalisadores para fazer com que as células de combustível de etanol direto durem mais e aumentem sua densidade de energia para um nível recorde.
As células de combustível de etanol oferecem emissões mais limpas do que os combustíveis fósseis e nenhum tempo de carregamento em comparação com as baterias de veículos elétricos.
O etanol derivado da biomassa da cana-de-açúcar tem sido amplamente utilizado em muitas indústrias, inclusive como biocombustível líquido. No entanto, o etanol deve passar por um processo de conversão para se tornar um combustível utilizável e só pode ser convertido indiretamente em energia por meio da mistura com a gasolina para atingir uma eficiência de conversão aceitável.
As células de combustível de etanol direto, ao contrário das formas tradicionais de usar etanol, permitem que o etanol seja diretamente usado como combustível que pode ser convertido em eletricidade com alta eficiência. A fonte de energia à base de álcool pode ser usada para alimentar veículos e criar geradores de energia elétrica quase sem ruído, o que pode beneficiar tanto o uso residencial quanto de defesa.
A maior densidade de potência das células de combustível de etanol direto desenvolvidas no laboratório de Yang significa que mais potência pode ser fornecida usando menos espaço, o que é fundamental para aplicações práticas como em veículos onde fontes de energia compactas e de baixo peso levam a viagens mais eficientes.
“Nossa pesquisa permite que células de combustível de etanol direto concorram com células de combustível de hidrogênio e baterias em vários campos de energia sustentável, que ainda não haviam sido alcançados antes de nossa invenção”, diz Yang.
Ainda de acordo com ele, o etanol é um biocombustível limpo e seguro na fase líquida, muito mais fácil e seguro de armazenar e transportar do que o hidrogênio puro. “Em comparação com a tecnologia para extrair hidrogênio do etanol e, em seguida, converter hidrogênio em eletricidade, nossa tecnologia pode converter etanol diretamente em eletricidade, portanto, é um balanço energético positivo geral e uma tecnologia de emissão negativa”.
Estudo aumenta desempenho de célula de energia
Neste trabalho, os pesquisadores desenvolveram um novo princípio de design de materiais baseado no efeito de interface sinérgico em que a combinação de diferentes materiais leva a um desempenho aprimorado, além dos componentes individuais.
Para o projeto, os pesquisadores usaram nanopartículas ativas de paládio semi-embebidas em conchas de grafite, que foram cobertas na superfície de nanopartículas de cobalto, formando uma estrutura única de paládio e cobalto nitrogênio-grafite carbono.
“Quando testado como catalisador de eletrodo positivo (cátodo) e eletrodo negativo (ânodo), a estrutura forneceu maior densidade de potência e operação estável por mais de 1.000 horas, excedendo em muito a corrente, paládio comercial de carbono e outros catalisadores de última geração”, explica o pesquisador.
Neste estudo, os pesquisadores alcançaram uma densidade de potência de quase 0,8 watts por centímetro quadrado usando um novo catalisador de liga de alta entropia que eles projetaram, estabelecendo um novo recorde de desempenho. O catalisador pode ser usado tanto para o cátodo quanto para o ânodo para superar desafios com reações lentas e altas necessidades de energia.
“Os resultados realmente quebram o recorde ao aumentar o desempenho da célula de combustível em algumas vezes em comparação com os catalisadores comerciais”, diz Yang.
Yang disse que a equipe de pesquisa está trabalhando para melhorar ainda mais a densidade de energia das células de combustível de etanol direto, otimizando a composição dos catalisadores e também explorando maneiras de comercializar a tecnologia.
