Nanotecnologia transforma tijolos em baterias

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Pesquisa pode abrir caminho para a criação de supercapacitores baratos capazes de armazenar energia renovável

Tijolo produs energia
Imagem: D’Arcy Research Laboratory/Divulgação

Um simples tijolo de construção foi transformado em uma bateria que pode armazenar eletricidade, levantando a possibilidade de que os prédios um dia se tornem literalmente "casas de força". A nova tecnologia explora a natureza porosa dos tijolos vermelhos queimados, preenchendo os poros com minúsculas nanofibras de um plástico condutor que pode armazenar carga.

Os primeiros tijolos produzidos armazenam eletricidade suficiente para alimentar pequenas luzes. Mas se sua capacidade puder ser aumentada, eles podem se tornar uma alternativa de baixo custo para as baterias de íon de lítio usadas atualmente.

A rigor, os blocos de energia são supercapacitores, e não baterias. Os supercapacitores armazenam a eletricidade como carga estática em sólidos, em vez de por meio de reações químicas como em baterias. A vantagem desse equipamento é que ele carrega e descarrega muito mais rápido do que as baterias, mas, até o momento, só conseguem reter uma pequena fração da energia.

Pesquisadores de todo o mundo estão trabalhando para aumentar a densidade de energia dos supercapacitores, bem como a velocidade de carregamento das baterias. Encontrar melhores maneiras de armazenar eletricidade é uma parte crucial do combate à crise climática, pois permitiria que energia renovável abundante, mas intermitente, fosse armazenada até que fosse necessária.

“Uma célula solar no telhado da sua casa tem que armazenar eletricidade em algum lugar e normalmente usamos baterias”, disse Julio D'Arcy, da Washington University em St Louis, EUA, que fez parte da equipe de pesquisa. “O que fizemos foi fornecer uma nova opção de 'alimento para o pensamento', mas ainda não chegamos lá.”

A densidade de energia desses primeiros blocos com carga, relatada na revista Nature Communications, é apenas 1% daquela das baterias de íon de lítio. D'Arcy acredita que isso pode ser aumentado dez vezes com a adição de materiais como óxidos de metal para armazenar mais carga no tijolo, o que também tornaria os tijolos elétricos uma proposta comercial.

Mas a esperança é, eventualmente, igualar a densidade de energia das baterias de íon de lítio. “Nesse caso, essa tecnologia é muito mais barata do que as baterias de íon de lítio”, disse D'Arcy. “Seria um mundo diferente e você não ouviria as palavras 'bateria de íon de lítio' novamente.”

Dan Brett, professor de engenharia eletroquímica da University College London, no Reino Unido, disse: “O calor tem sido a principal área de interesse quando se considera o armazenamento de energia na estrutura dos edifícios. Este estudo mostra que também há potencial para armazenar energia elétrica. O desempenho está muito aquém dos supercapacitores personalizados, mas o princípio está comprovado e há um espaço significativo para melhorias.”

Os pesquisadores criaram pequenos protótipos dos tijolos de energia usando vapores químicos para reagir com os óxidos de ferro vermelhos nos tijolos e, em seguida, formar uma rede de nanofibras de plástico. Foi utilizado um plástico especial, denominado Pedot, por ser um excelente condutor de eletricidade. As reações transformaram a cor dos tijolos, antes vermelhos, em um azul escuro.

Outra vantagem dos supercapacitores é que eles podem ser carregados e recarregados muito mais vezes do que as baterias, antes de perder a capacidade de armazenar eletricidade. Os blocos de energia podem ser ciclados 10.000 vezes antes que sua capacidade caia significativamente.

A carga armazenada pelos primeiros tijolos é muito pequena para causar um choque quando tocada. Mas uma parede de tijolos conectados precisaria de um revestimento isolante e os cientistas fizeram uma demonstração usando resina epóxi, que até permitiu que os tijolos funcionassem embaixo d'água.

As reações usadas para criar os tijolos elétricos podem ter um pequeno efeito de enfraquecimento em suas propriedades estruturais, disse D'Arcy, mas ele acredita que isso não seria um problema, já que atualmente o principal uso dos tijolos na construção é em fachadas decorativas.

Richard McMahon, professor de eletrônica de potência da Universidade de Warwick, no Reino Unido, disse que a pesquisa foi intrigante. “O armazenamento de energia é de grande interesse contemporâneo, especialmente na forma elétrica. [Mas] embora este trabalho seja uma demonstração interessante de uma possibilidade, está muito longe da aplicação prática. ”

O custo das baterias de íon de lítio despencou 90% desde 2010, e os esquemas de energia hidrelétrica bombeada são eficazes onde há montanhas. Mas armazenar grandes quantidades de eletricidade continua sendo um desafio que motiva a busca por alternativas.

Uma empresa usa a gravidade para armazenar energia, empilhando grandes tijolos em uma torre e, em seguida, liberando a energia jogando os tijolos de volta no solo. Esquemas semelhantes usando pesos pesados ​​e poços de minas também estão sendo explorados.

A compressão do ar em um líquido para armazenar energia é outra opção, com uma grande planta agora em construção perto de Manchester, no Reino Unido. Alguns especialistas apostam no hidrogênio, que pode ser produzido através da divisão da água com o uso de energia renovável.



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