Bateria gera energia usando variações da temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/04/2024

Protótipo e esquema de funcionamento do gerador piroelétrico.
[Imagem: Tim Kowalchik et al. - 10.1039/D3EE03497F]

Gerador piroelétrico

Um novo conceito de "bateria" promete gerar eletricidade para pequenos aparelhos em locais remotos e ainda entrar para a lista de coletores de energia para dispositivos da internet das coisas.

A grande novidade é que, em lugar de funcionar como os nanogeradores tradicionais, coletando energia das vibrações do ambiente, este novo dispositivo híbrido produz eletricidade tirando proveito das mudanças de temperatura que ocorrem no ambiente ao longo do dia e da noite.

Trata-se de uma célula piroeletroquímica, um dispositivo feito com um material capaz de gerar cargas elétricas sobre duas superfícies opostamente polarizadas mediante uma mudança de temperatura. Assim, em vez de exigir duas entradas diferentes de temperatura ao mesmo tempo, como nos geradores termoelétricos, o novo gerador piroelétrico tira proveito das oscilações na temperatura ambiente que ocorrem durante o ciclo dia-noite.

"Estamos falando de níveis muito baixos de colheita de energia, mas a capacidade de ter sensores que podem ser distribuídos e não precisam ser recarregados no campo é a principal vantagem. Exploramos sua física básica e descobrimos que ele pode gerar uma carga com um aumento ou diminuição da temperatura," disse a professora Roseanne Warren, da Universidade de Utah, nos EUA. "Nossa ideia é de um dispositivo integrado que possa coletar energia térmica ambiente e convertê-la diretamente em energia eletroquímica, armazenada na forma de um supercapacitor ou bateria, com aplicações para a internet das coisas e sensores distribuídos."

O conceito poderá ser utilizado em qualquer lugar onde ficar trocando baterias não seja uma opção razoável.
[Imagem: Tim Kowalchik et al. - 10.1039/D3EE03497F]

Corrente iônica

O gerador piroeletroquímico utiliza um material compósito piroelétrico como separador em uma célula eletroquímica. O material consiste em nanopartículas porosas de fluoreto de polivinilideno (PVDF) e titanato de bário. As propriedades elétricas deste material mudam à medida que ele é aquecido ou resfriado, o que diminui ou aumenta a polarização do separador piroelétrico.

Assim, as mudanças de temperatura criam um campo elétrico dentro da célula, empurrando íons e permitindo que a célula armazene energia.

"Ele armazena eletricidade no que é chamado de dupla camada elétrica, que armazena a carga em camadas positivas e negativas de íons. Este é um capacitor elevado às alturas. Quando você aquece e resfria o sistema e armazena energia eletroquímica, você altera a quantidade de íons positivos ou negativos que estão nessas camadas," descreveu Tim Kowalchik, idealizador do aparelho.

O conceito é interessante por dois motivos: Primeiro, ele pode gerar eletricidade tanto quando a temperatura está subindo quanto quando a temperatura está caindo. Segundo basta inverter a camada separador piroelétrica para inverter a corrente produzida.

"Se você aquecer a coisa de uma maneira, deverá fazer com que algo aconteça. Se você resfriá-la primeiro, deverá fazer com que algo aconteça e isso deverá aparecer de forma diferente," disse Kowalchik. "Fizemos isso com um processo chamado amperometria: Você coloca uma voltagem nele e mantém essa voltagem constante e mede a corrente. Sua energia no sistema é constante se nada mudar; se houver energia entrando no sistema, a corrente muda."

Agora a equipe está preparando um protótipo mais robusto para fazer testes em campo. Como é carregado pela mudança de temperatura no ambiente circundante, o gerador/armazenador de energia poderá operar não apenas na natureza, mas também dentro de um carro ou avião ou logo abaixo do solo em um ambiente agrícola.

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