Esquema e imagem de microscopia eletrônica do sistema de produção de energia autossustentável.
[Imagem: Illustration by Jia Liang/Rice University]
Hidrogênio solar
Jia Liang e colegas da Universidade Rice, nos EUA, criaram uma célula de energia eficiente e de baixo custo que quebra as moléculas de água para produzir hidrogênio usando apenas energia solar.A técnica em si não é nova, com um amplo campo de pesquisas que atendem por diversos nomes, como folhas artificiais, fotossíntese artificial, hidrogênio solar etc.
Neste protótipo, a equipe empacotou uma camada de células solares de perovskita e os eletrodos em um único módulo que, quando mergulhado na água e posto à luz do Sol, produz hidrogênio sem qualquer outra entrada. A corrente flui para os catalisadores que transformam a água em hidrogênio e oxigênio, com uma eficiência de conversão da luz solar em hidrogênio de 6,7%.
E é aí que entram as novidades.
"Jia substituiu os componentes mais caros, como a platina, nas células solares de perovskita, por alternativas como o carbono," conta o professor Jun Lou. "Isso reduz a barreira de entrada para adoção comercial. Dispositivos integrados como esse são promissores porque criam um sistema sustentável. Isso não requer energia externa para manter o módulo funcionando".
Geração perpétua de energia
As perovskitas são cristais semicondutores com estruturas cúbicas, mais eficientes do que o silício para coletar energia solar. As células solares de perovskita mais eficientes produzidas até agora alcançam uma eficiência acima de 25% na conversão de energia solar em eletricidade, mas os materiais são caros e tendem a ter baixa durabilidade, sendo afetados pela umidade e pelo calor.Entra aí a segunda novidade: O componente principal dessa folha artificial não é a perovskita em si, mas o polímero que a encapsula, protegendo o módulo e permitindo a imersão na água por longos períodos.
"Outros [pesquisadores] desenvolveram sistemas catalíticos que conectam a célula solar fora da água a eletrodos imersos por meio de fios," disse Jia. "Simplificamos o sistema encapsulando a camada de perovskita com um filme Surlyn (polímero)".
O funcionamento foi tão bom que a equipe já está pensando em integrar esse sistema produtor de hidrogênio solar com mecanismos que permitam gerar eletricidade continuamente.
"Com um design de sistema inteligente, você pode até mesmo criar um loop autossustentável," afirmou o professor Lou. "Mesmo quando não houver luz solar, você pode usar a energia armazenada na forma de combustível químico. Você pode colocar o hidrogênio e o oxigênio em tanques separados e incorporar outro módulo, como uma célula de combustível, para transformar esses combustíveis de volta em eletricidade".
Bibliografia
Artigo: A Low-Cost and High-Efficiency Integrated Device toward Solar-Driven Water SplittingAutores: Jia Liang, Xiao Han, Yunxiu Qiu, Qiyi Fang, Boyu Zhang, Weipeng Wang, Jing Zhang, Pulickel M. Ajayan, Jun Lou
Revista: ACS Nano
DOI: 10.1021/acsnano.9b09053
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