À medida que a mudança global para as energias renováveis ganha impulso, surge um desafio fundamental: como armazenar energia de forma eficiente durante os períodos em que a energia solar e eólica não estão disponíveis. Um avanço na tecnologia de células de combustível de hidrogénio alcançado através de investigação colaborativa reduz significativamente os custos ao substituir o metal platina no catalisador por prata, marcando um passo importante no sentido do armazenamento de energia verde acessível e eficiente.
As células a combustível de hidrogênio, um concorrente líder, acabaram de receber um grande impulso graças à pesquisa básica no Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC do Departamento de Energia, na Universidade de Stanford e no Toyota Research Institute (TRI). Uma colaboração entre a Universidade de Stanford e o Instituto de Tecnologia Technion-Israel desenvolveu um dispositivo de célula de combustível que foi recentemente colocado em prática.
"As células a combustível de hidrogênio têm um grande potencial para armazenamento e conversão de energia, usando o hidrogênio como combustível alternativo à gasolina e similares, mas as células a combustível comestíveis ainda são bastante caras", disse Michaela Burke Stevens, cientista associada do Centro SUNCAT para Ciência de Interface e Catálise, uma joint venture entre o SLAC e a Universidade de Stanford.
O problema, disse Burke Stevens, é que as células de combustível muitas vezes dependem de catalisadores contendo metais caros do grupo da platina (PGMs) para promover as reações químicas que fazem o sistema funcionar corretamente. Isto levou Burke-Stevens e os seus colegas a procurar formas de tornar os catalisadores mais baratos, mas fazer essas mudanças fundamentais na química de uma célula de combustível é um desafio assustador: os cientistas muitas vezes descobrem que os catalisadores que funcionam nos seus pequenos laboratórios não funcionam.
Desta vez, os investigadores equilibraram os custos substituindo parcialmente os metais do grupo da platina por uma alternativa mais barata, a prata. Mas a verdadeira chave é simplificar a fórmula química para adicionar catalisadores aos eletrodos da bateria.
Os cientistas normalmente misturam catalisadores em um líquido e depois os espalham em eletrodos de malha, mas essas formulações de catalisador nem sempre funcionam da mesma maneira em diferentes ambientes de laboratório e usando ferramentas diferentes, dificultando a tradução do trabalho em aplicações do mundo real. “Os processos químicos húmidos não são particularmente resistentes às condições laboratoriais”, afirma Tom Jaramillo, diretor da SUNCAT, a empresa que tornou esta colaboração possível.
Para resolver este problema, a equipe do SLAC utilizou uma câmara de vácuo para depositar o novo catalisador nos eletrodos de forma mais controlada. “Essa ferramenta de alto vácuo é uma abordagem do tipo ‘o que você vê é o que você obtém’”, disse Jaramillo. "Desde que o seu sistema esteja bem calibrado, em princípio pode-se reproduzi-lo facilmente."
Para garantir que outros pudessem replicar o seu método e aplicá-lo diretamente em células de combustível em grande escala, a equipa colaborou com especialistas do Instituto de Tecnologia Technion-Israel, que demonstraram que o método funciona em células de combustível reais.
“Este projeto não foi criado para fazer testes de células de combustível aqui, então tivemos muita sorte”. José Zamora Zeledόn, um estudante graduado de Stanford no projeto, conectou-se com Dario Dekel e John Douglin, seu aluno de doutorado no Instituto de Tecnologia Technion-Israel, e seu objetivo era testar células de combustível reais, então foi uma combinação realmente boa de recursos,
Juntas, as duas equipas descobriram que, ao substituir alguns dos metais do grupo da platina utilizados em catalisadores anteriores por prata mais barata, poderiam obter células de combustível igualmente eficientes a um preço muito mais baixo – e agora tinham uma abordagem comprovada para o desenvolvimento de catalisadores com a qual poderiam começar a testar ideias mais ambiciosas.
“Poderíamos tentar ser completamente livres de metais do grupo da platina”, disse Jaramillo, professor de engenharia química no Instituto de Tecnologia Technion-Israel e diretor do Programa de Energia do Grande Technion, que está igualmente entusiasmado com o potencial da colaboração. "Isso traz grandes benefícios para a pesquisa de células de combustível, bem como para o desenvolvimento prático de catalisadores para a indústria de células de combustível", disse ele.
No futuro, este tipo de investigação determinará se as células de combustível podem atingir o seu potencial. As células de combustível são realmente entusiasmantes e interessantes para o transporte pesado e o armazenamento de energia limpa, mas, em última análise, tudo se resume à redução de custos, que é o objetivo desta colaboração.
Fonte compilada: ScitechDaily