Energia
Redação do Site Inovação Tecnológica – 12/08/2025
Ilustrao da formao de vias de transferncia de prtons nos dois materiais desenvolvidos pela equipe.
[Imagem: Kyushu University/Yoshihiro Yamazaki]
O dilema da temperatura
Engenheiros japoneses construram uma clula a combustvel que opera a pouco mais de um tero da temperatura operacional das clulas atuais.
Ao contrrio das baterias, que liberam energia qumica armazenada na forma de eletricidade, as clulas de combustvel convertem o combustvel qumico diretamente em eletricidade – mantenha o tanque da clula cheio e ela no para de produzir eletricidade.
O tipo mais comum e promissor desses geradores especiais so as clulas de combustvel de hidrognio de xidos slidos (SOFC: Solid-Oxide Fuel Cell), que convertem o gs hidrognio em eletricidade, gerando apenas gua como subproduto.
S tem um problema: Essas clulas precisam de temperaturas muito altas para funcionar, na faixa de 700 a 800 graus Celsius, o que encarece muito sua fabricao e limita sua utilizao prtica.
Agora, Kota Tsujikawa e colegas da Universidade Kyushu desenvolveram uma nova clula combustvel de xido slido com uma temperatura operacional eficiente de 300 C. A equipe espera que seu avano leve ao desenvolvimento de SOFCs de baixa temperatura e baixo custo, acelerando significativamente a aplicao prtica desses dispositivos.
Difuso de prtons e sua trajetria.
[Imagem: Kota Tsujikawa et al. – 10.1038/s41563-025-02311-w]
O dilema do eletrlito
O corao de uma clula de combustvel de hidrognio o eletrlito, uma camada cermica que transporta partculas carregadas entre os dois eletrodos, para criar a corrente eltrica. Nas SOFCs, o eletrlito transporta ons de hidrognio, tambm conhecidos como prtons. No entanto, a clula de combustvel precisa operar em temperaturas extremamente altas para funcionar com eficincia.
Os eletrlitos so compostos por diferentes combinaes de tomos dispostos em uma estrutura de rede cristalina. entre esses tomos que os prtons viajam. Por isso, pesquisadores tm explorado diferentes combinaes de materiais e dopantes qumicos – substncias que alteram as propriedades fsicas do material – para melhorar a velocidade com que os prtons viajem atravs dos eletrlitos.
Mas aqui tem outro problema: “Adicionar dopantes qumicos pode aumentar o nmero de prtons mveis que passam por um eletrlito, mas geralmente obstrui a rede cristalina, desacelerando os prtons. Buscamos cristais de xido que pudessem hospedar muitos prtons e deix-los se mover livremente – um equilbrio que nosso novo estudo finalmente alcanou,” disse o professor Yoshihiro Yamazaki.
Estrutura e estabilidade qumica dos novos eletrlitos.
[Imagem: Kota Tsujikawa et al. – 10.1038/s41563-025-02311-w]
Escndio
A equipe descobriu que dois compostos, o estanato de brio (BaSnO3) e o titanato de brio (BaTiO3), devidamente dopados com altas concentraes de escndio (Sc), alcanam a condutividade de prtons de referncia da clula a combustvel (0,01 S/cm) a meros 300 C, um nvel de condutividade comparvel aos eletrlitos SOFC atuais, que exigem temperaturas na casa dos 700 C.
Isso possvel porque o escndio cria uma espcie de rodovia de mltiplas pistas para os prtons, que ento fluem muito mais facilmente.
“Alm das clulas de combustvel, o mesmo princpio pode ser aplicado a outras tecnologias, como eletrlises de baixa temperatura, bombas de hidrognio e reatores que convertem CO2 em produtos qumicos valiosos, multiplicando assim o impacto da descarbonizao. Nosso trabalho transforma um paradoxo cientfico de longa data em uma soluo prtica, aproximando a energia de hidrognio acessvel da vida cotidiana,” conclui Yamazaki.
Bibliografia:
Artigo: Mitigating proton trapping in cubic perovskite oxides via ScO6 octahedral networks
Autores: Kota Tsujikawa, Junji Hyodo, Susumu Fujii, Kazuki Takahashi, Yuto Tomita, Nai Shi, Yasukazu Murakami, Shusuke Kasamatsu, Yoshihiro Yamazaki
Revista: Nature Materials
DOI: 10.1038/s41563-025-02311-w
Outras notcias sobre:
