Folha artificial pode ser a chave para produção infinita de energia

Pesquisadores da Rice University conseguiram criar um dispositivo tão eficiente e (mais importante) de baixo custo com a mesma função da já existente folha artificial: dividir a água usando luz e produzir combustível (hidrogênio) e eletricidade.

A pesquisa foi liderada pelo engenheiro Jia Liang, integrante do grupo de pesquisa de Lou que, no ano passado, promoveu mudanças nas células solares de perovskita. Esse cristal tem estruturas cúbicas e é reconhecido como ótimo coletor de luz (tem eficiência acima de 25% na conversão de energia solar em eletricidade). Seu problema: se tornar instável em ambientes com umidade e calor – além de ser um material caro.

"O módulo integrado transforma a luz do sol em eletricidade, gerando uma reação eletroquímica para obter combustível. É o mesmo conceito da folha artificial, mas instável ao ar livre”, explicou o engenheiro de materiais e um dos autores do trabalho, Jun Lou.

O pesquisador Jia Liang com as células solares de perovskita.Fonte:  Rice University/Jeff Fitlow/Divulgação 

Estabilidade sob o sol

Em dezembro de 2019, a equipe começou a testar novos materiais. Com isso, conseguiu que as células, que tendiam a falhar rapidamente por conta dessa instabilidade, se tornassem 12% mais eficientes e estáveis: preparadas em condições ambientais, resistiram à alta umidade de Houston, Texas e permaneceram íntegras ao ar livre por mais de dois meses, ao contrário do modelo anterior, que não resistia a poucos dias de funcionamento.

Basicamente, a plataforma desenvolvida integra eletrodos catalíticos e células solares de perovskita. Exposta à luz solar, as células do mineral produzem uma corrente elétrica, que flui para os catalisadores. Estes transformam a água em hidrogênio e oxigênio.

As células da Rice University estão próximas de serem viáveis comercialmente.Fonte:  Rice University/Jeff Fitlow/Divulgação 

A novidade está justamente aí: a equipe de Liang uniu os cristais de perovskita e os eletrodos em um único módulo. Quando imerso em água e exposto ao sol, ele produz hidrogênio sem precisar de energia externa.

"Liang substituiu os componentes mais caros das células solares, como a platina, por alternativas como o carbono. Isso fez cair uma das principais barreiras para a produção comercial em larga escala”, explicou Lou.

Uma seção transversal da célula solar vista por microscópio eletrônico: de cima para baixo, um eletrodo de carbono, perovskita, óxido de titânio, óxido de estanho e vidro (a barra de escala é igual a 500 nanômetros).Fonte:  Rice University/Divulgação 

O melhor está na embalagem

O polímero que encapsula a célula solar é a estrela do sistema, protegendo o módulo e permitindo sua imersão por longos períodos – ao contrário de outros sistemas catalíticos, em que os somente os eletrodos são imersos em água, se conectando à célula solar por fios.

“Usamos um filme de ionômero, que permite que a luz do sol alcance o sistema enquanto o protege, servindo ainda como um isolante entre as células e os eletrodos”, explicou Liang.

O desenho mostra a estrutura de um catalisador integrado movido a energia solar.Fonte:  Rice University/Jia Liang/Divulgação 

A perspectiva do grupo é que o sistema se alimente sozinho. “É possível criar um loop autossustentável, mesmo sem luz solar. Basta usar a energia armazenada como combustível químico, colocando o hidrogênio e o oxigênio em tanques separados e incorporando ao sistema um terceiro módulo, que transformaria esses dois elementos novamente em eletricidade.”