Grafeno em nova descoberta de ‘bateria’?

Pesquisadores da Universidade Politécnica de Hong Kong afirmam ter inventado um novo tipo de “bateria” à base de grafeno que funciona apenas com calor ambiente. Diz-se que o dispositivo captura a energia térmica dos íons em uma solução e a converte em eletricidade. Os resultados estão em processo de revisão por pares, mas se confirmados, tal dispositivo pode ser usado em uma variedade de aplicações, incluindo alimentar órgãos artificiais a partir do calor do corpo, gerar energia renovável e alimentar eletrônicos.

Os íons em solução aquosa se movem a velocidades de centenas de metros por segundo à temperatura e pressão ambiente. A energia térmica desses íons pode atingir vários quilojoules por quilograma por grau. No entanto, até agora, pouco trabalho havia sido feito para descobrir como explorar essa energia e produzir energia a partir dela.

Zihan Xu e seus colegas fizeram sua bateria anexando eletrodos de prata e ouro a uma tira de grafeno – que é um filme de carbono com apenas um átomo de espessura. Em seus experimentos, os pesquisadores mostraram que seis desses dispositivos em série colocados em uma solução de íons de cloreto de cobre poderiam produzir uma tensão de mais de 2 V. Isso é suficiente para acionar um diodo emissor de luz vermelha comercial.

A tecnologia é bem diferente das baterias convencionais de íons de lítio, por exemplo, que convertem energia química em eletricidade. “A saída do nosso dispositivo também é contínua e funciona apenas coletando a energia térmica dos íons de cloreto de cobre ao redor, que, em teoria, é ilimitada”, diz Xu.

Segundo os pesquisadores, a bateria funciona como uma célula solar. Os íons de cobre (Cu 2+ ) colidem continuamente com a tira de grafeno na bateria. Essa colisão é energética o suficiente para deslocar um elétron do grafeno. Esse elétron pode então se combinar com o íon de cobre ou viajar pela tira de grafeno e entrar no circuito.

Como os elétrons se movem pelo grafeno a velocidades extremamente altas (graças ao fato de se comportarem como partículas relativísticas sem massa de repouso), eles viajam muito mais rápido no material à base de carbono do que na solução iônica. O elétron liberado, portanto, naturalmente prefere viajar pelo circuito do grafeno em vez da solução. É assim que a tensão é produzida pelo aparelho, explica Xu.

Aumentando a saída de tensão

Os pesquisadores também descobriram que a voltagem produzida pelo dispositivo pode ser aumentada aquecendo a solução iônica e acelerando os íons Cu 2+ com ultrassom. Ambos os métodos funcionam porque aumentam a energia cinética dos íons. A voltagem também aumenta se a solução de cloreto de cobre estiver mais concentrada com íons Cu 2+ , porque a densidade de Cu 2+ no grafeno é então maior. Outras soluções catiônicas também podem ser empregadas, como Na + , K + , Co 2+ e Ni 2+ , embora estas produzam saídas de menor tensão.

A natureza única da camada atômica do grafeno é crucial para esta bateria, dizem os pesquisadores, que também experimentaram filmes finos de grafite e nanotubos de carbono. Eles descobriram que esses materiais só produziam baixas tensões de cerca de microvolts, o que poderia ser considerado ruído.

Bor Jang da Nanotek Instruments em Dayton, Ohio, que trabalhou na fabricação de supercapacitores de grafeno, diz que o conceito descrito parece “muito interessante”, mas que “mais trabalho será necessário para avaliar se a abordagem pode fornecer energia suficiente ou densidade de potência para usos práticos”.

De sua parte, a equipe de Hong Kong agora planeja melhorar a potência de seu dispositivo baseado em grafeno e investigar melhor como ele funciona.

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