Energia
Redação do Site Inovação Tecnológica – 29/09/2025
Clulas a combustvel viveis
Usando impresso 3D de materiais cermicos, engenheiros dinamarqueses prometem colocar as clulas a combustveis de volta nos trilhos rumo s estaes da utilizao prtica e vivel, econmica e tecnicamente.
Zhipeng Zhou e colegas da Universidade Tcnica da Dinamarca superado um dos desafios mais difceis da energia sustentvel: Tornar as clulas de combustvel leves e potentes – e eles alcanaram um nvel suficiente at mesmo para aplicaes aeroespaciais.
O avano envolveu um redesenho radical das chamadas clulas a combustvel de xidos slidos (SOFC na sigla em ingls), utilizando impresso 3D e geometria giroide, uma estrutura bastante complexa, mas que matematicamente otimizada para melhorar a rea de superfcie em um determinado volume – elas so estruturalmente robustas, possuem grande rea de superfcie e so muito leves. Estruturas giroides esto presentes na natureza, nas asas das borboletas e nas penas dos pssaros, por exemplo, mas tambm j tm sido exploradas em dispositivos como trocadores de calor.
Pela primeira vez, os giroides foram usados como base para fabricar dispositivos de converso eletroqumica, mais especificamente as clulas de combustvel, que convertem diretamente um combustvel em eletricidade, sem a necessidade de um gerador mecnico.
“Atualmente, o uso de converso de energia baseada em eletricidade, como baterias e clulas de combustvel, no faz sentido para aplicaes aeroespaciais. Mas nosso novo projeto de clula de combustvel muda isso. o primeiro a demonstrar a relao Watts/grama – ou potncia especfica – necessria para a indstria aeroespacial, utilizando uma tecnologia sustentvel e verde,” disse o professor Venkata Nadimpalli, coordenador da equipe.
Comparao entre estruturas planares e 3D para construo de clulas a combustvel.
[Imagem: Zhipeng Zhou et al. – 10.1038/s41560-025-01811-y]
Monolito de energia
Para abastecer um avio comercial necessrio encher seus tanques com combustvel de aviao. Tente eletrificar um jato comum, substituindo suas 70 toneladas de combustvel por baterias de ons de ltio de capacidade semelhante e seu peso salta para 3.500 toneladas – ele no vai conseguir decolar.
As clulas de combustvel atuais tambm no seriam uma opo. Em sua maioria consistindo de pilhas de clulas planas e pesadas, que dependem de peas metlicas para vedao e conectividade, elas tambm pesam demais. Componentes metlicos representam mais de 75% do peso de um sistema de clula de combustvel, limitando sua mobilidade e, consequentemente, sua utilidade em sistemas mveis – ainda mais em aviao e no espao.
A inovao agora foi trocar todo esse suporte metlico por estruturas cermicas impressas em 3D seguindo a geometria giroide. A estrutura impressa conhecida como superfcie mnima triplamente peridica (SMTP), que matematicamente otimizada para alcanar superfcie mxima e peso mnimo.
O resultado o que a equipe chama de “clula de xido slido giroidiano monoltica” ou monlito para abreviar, um dispositivo que produz mais de um watt de energia por grama de peso.
Caracterizao da clula a combustvel de xido slido giroidiano monoltica.
[Imagem: Zhipeng Zhou et al. – 10.1038/s41560-025-01811-y]
Produo de oxignio em Marte
Alm da reduo significativa do peso, o novo material cermico permite que os gases fluam eficientemente pela clula, melhora a distribuio de calor e aumenta a estabilidade mecnica. Ao mudar para o modo de eletrlise, a equipe demonstrou ser possvel produzir hidrognio a uma taxa quase dez vezes maior do que os projetos convencionais.
“Ns tambm testamos o sistema em condies extremas, incluindo oscilaes de temperatura de 100 C, e alternamos repetidamente entre os modos de clula de combustvel e eletrlise. As clulas de combustvel resistiram de forma impressionante, sem apresentar sinais de falha estrutural ou separao de camadas,” disse Vincenzo Esposito, membro da equipe.
Os pesquisadores explicam que esse tipo de resilincia vital para misses espaciais como verses de produo do MOXIE, um experimento que demonstrou a viabilidade de produzir oxignio em Marte a partir do dixido de carbono da atmosfera do planeta – MOXIE a sigla em ingls para “Experimento ISRU de Oxignio em Marte“, sendo ISRU um outro acrnimo, para “Utilizao de Recursos Locais”.
Enquanto uma verso de produo do MOXIE pesaria cerca de seis toneladas usando as atuais clulas a combustvel, com a nova tecnologia o equipamento pesaria apenas cerca de 800 quilogramas.
Bibliografia:
Artigo: Monolithic gyroidal solid oxide cells by additive manufacturing
Autores: Zhipeng Zhou, Aakil R. Lalwani, Xiufu Sun, Zhihao Pan, Pouya Shahriary, Yun Xie, Yijing Shang, Javier L. Navas, Alberto Basso, Naiqi Shang, Marina Artemeva, Peyman Khajavi, Ming Chen, Victor B. Tinti, David B. Pedersen, Venkata K. Nadimpalli, Vincenzo Esposito
Revista: Nature Energy
Vol.: 10, pages 962-970
DOI: 10.1038/s41560-025-01811-y
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