Um estudo conduzido por cientistas da Universidade de Stanford, nos Estado Unidos, descobriu um meio de melhorar o desempenho das tecnologias de energia limpa. Publicada no site Science Daily, a pesquisa envolve catalisadores de platina, ou seja, substâncias que ajudam a gerar energia através da aceleração de partículas. O grupo descobriu que, por meio de uma pressão de uma fração de nanômetro nesses catalisadores, a performance de toda a célula a combustível (aparelho de conversão de energia química em elétrica em que o catalisador se encontra) aumenta significativamente.
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O processo de descoberta se deu pela ligação de um catalisador de platina a um material fino, que se expande e contrai à medida que os elétrons se movem para dentro e para fora. Utilizando esse movimento do fio, a equipe averiguou que apertar a platina uma fração de nanômetro quase dobrou a catalisação do sistema.
“Neste estudo, apresentamos uma nova maneira de ajustar os catalisadores de metal na escala atômica”, explicou o autor principal a pesquisa, Haotian Wang, um ex-aluno de graduação em Stanford, agora na Universidade de Harvard. “Descobrimos que os materiais de baterias comuns podem ser usados ââpara controlar a atividade da platina e, possivelmente, de muitos outros catalisadores de metais”.
A nova técnica pode ser aplicada a uma ampla gama de tecnologias limpas, disse Wang, incluindo células de combustível que usam catalisadores de platina para gerar energia. Também é possível aplicá-la em eletrólitos de platina que geram hidrogênio combustível.
“Nossa técnica de afinação poderia tornar as células de combustível mais eficientes em termos de energia, aumentando a produção”, disse Yi Cui, professor de ciência e engenharia de materiais em Stanford e de fotônica no SLAC National Accelerator Laboratory. “Também poderia melhorar a eficiência de geração de hidrogênio em divisores de água e aumentar a produção de outros combustíveis e produtos químicos”.
Estrutura eletrônica
Catalisadores são usados para fazer reações químicas acontecerem mais rápido, consumindo menos energia. O desempenho de um catalisador de metal depende de sua estrutura eletrônica - isto é, como os elétrons que orbitam átomos individuais são arranjados.
“A estrutura eletrônica de um catalisador precisa combinar a molécula de interesse para conseguir a reação química que você quer”, explicou Wang. “Você pode ajustar a estrutura eletrônica de um catalisador comprimindo os átomos ou puxando-os separados.”
A equipe de Stanford introduziu uma nova maneira de comprimir, separando os eletrodos em 5% de seu tamanho original, o que representa uma mudança de apenas um 0,01 nanômetro no sistema.
“Esse aumento pode não parecer muito, mas é ”, disse Cui. Segundo Wang, “a compressão torna a platina muito mais ativa”, e “Observamos um aumento de 90% na capacidade da platina de reduzir o oxigênio na água, o que poderia melhorar a eficiência das células de combustível de hidrogênio”.
Atuação
O estudo se valeu do óxido de lítio cobalto, um material amplamente utilizado em baterias para celulares e outros dispositivos eletrônicos. Os pesquisadores empilharam várias camadas de óxido de lítio cobalto juntas para formar um eletrodo de bateria.
“A aplicação de eletricidade remove íons de lítio do eletrodo, fazendo com que ele se expanda em 0,01 nanômetros”, disse Cui. “Quando o lítio é reinserido durante a fase de descarga, o eletrodo contrai-se ao seu tamanho original”.
“Este é um experimento de sonho para um teórico”, disse o co-autor do estudo, Jens Norskov, professor de engenharia química no Centro SUNCAT de Stanford para a Interface Science and Catalysis. “Nós previmos em teoria há alguns anos que o esticamento de um catalisador pode ser usado para controlar seu desempenho, e aqui está o experimento para mostrar que a nossa teoria funciona bem”.
Colaborou: Cecília Tümler
