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Pequenas mudanças na estrutura cristalina de materiais em células a combustível cerâmicas podem causar mudanças drásticas na condutividade e desempenho
Pesquisadores da Universidade Kyushu, no Japão, relataram que a tensão causada por uma redução de apenas 2% na distância entre os átomos quando depositados em uma superfície leva a uma redução de 99,999% na velocidade com que os materiais conduzem íons de hidrogênio, reduzindo bastante o desempenho das células. O desenvolvimento de métodos para reduzir essa tensão ajudará a levar células a combustível de alto desempenho para a produção de energia limpa a um número maior de residências no futuro.
Capazes de gerar eletricidade a partir de hidrogênio e oxigênio enquanto emitem apenas água como ‘resíduo’, as células a combustível dependem de um eletrólito para transportar íons produzidos pela quebra de moléculas de hidrogênio ou oxigênio de um lado do dispositivo para o outro.
Embora o termo ‘eletrólito’ possa muitas vezes evocar imagens de líquidos e bebidas esportivas, eles também podem ser sólidos. Para células a combustível, os pesquisadores estão particularmente interessados em eletrólitos baseados em cerâmicas e óxidos sólidos – materiais duros compostos de oxigênio e outros átomos – que conduzem íons positivos de hidrogênio, os prótons.
Esses óxidos sólidos condutores de prótons não são apenas mais duráveis do que líquidos e membranas poliméricas, mas também podem operar em faixas de temperatura médias de 300°C a 600°C, o que é menor que seus equivalentes condutores de íons de oxigênio.
“Uma chave para uma boa eficiência é fazer com que os prótons através do eletrólito reajam com o oxigênio o mais rápido possível”, disse o Dr. Junji Hyodo, autor do estudo e professor pesquisador da Plataforma de Pesquisa de Energia Inter/Transdisciplinar da Universidade de Kyushu (Q-PIT).
“No papel, temos materiais com ótimas propriedades que devem levar a um excelente desempenho quando usados em células a combustível de óxido sólido, mas o desempenho real tende a ser muito menor”, explicou o professor.
Agora, os pesquisadores acham que sabem o porquê através de pesquisas sobre o que acontece onde o eletrólito encontra o eletrodo indutor de reação: “As propriedades de materiais individuais são frequentemente medidas em uma condição em que estão livres da influência das camadas circundantes – o que chamamos de volume. No entanto, quando uma camada de óxido é cultivada em uma superfície, seus átomos geralmente precisam se reajustar para acomodar as propriedades da superfície subjacente, levando a diferenças em relação ao volume”, explicou o professor Junji Hyodo.
Para o estudo, os pesquisadores se concentraram em um óxido promissor conhecido como BZY20, que é uma combinação de átomos de ítrio, bário, zircônio e oxigênio. O BYZ20 forma um cristal com uma estrutura comum que se encaixa em um cubo e se repete várias vezes na superfície à medida que o óxido cresce.
Os resultados foram publicados na revista científica Journal of Physics: Energy.
Acesse o artigo científico completo (em inglês).
Acesse a notícia completa na página da Universidade Kyushu (em inglês).
Fonte: Universidade Kyushu.
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