Novo instrumento permitirá otimizar baterias e células a combustível

Com informações da Agência Fapesp - 11/12/2020

A inovação mereceu a capa da revista científica onde foi descrita.
[Imagem: ChemElectroChem]

Reações eletroquímicas

Pesquisadores brasileiros criaram um novo tipo de instrumento que permite estudar em detalhes o que acontece durante reações eletroquímicas.

São as reações eletroquímicas que fundamentam o funcionamento das baterias, células a combustível, eletrolisadores e uma série de outros equipamentos que envolvem a transformação de energia química em energia elétrica ou vice-versa.

E esses equipamentos estão na crista da onda, intensamente pesquisados porque são as principais alternativas para a geração e o armazenamento de energias renováveis.

Célula eletroquímica

O novo instrumento é uma "célula" que permite monitorar os experimentos eletroquímicos necessários para otimizar essas fontes alternativas de energia.

Sua principal vantagem é a integração de vários instrumentos de análise espectroscópica. Operando em diferentes bandas de frequência do espectro eletromagnético - infravermelho, luz visível, raios X - esses instrumentos permitem compreender de forma multilateral o que acontece com os materiais envolvidos nas reações eletroquímicas - tanto as moléculas em solução nos eletrólitos quanto os eletrodos.

"O grande diferencial e a principal vantagem do nosso dispositivo é que ele permite realizar com uma única célula diferentes tipos de análise", disse o pesquisador Pablo Sebastián Fernández, do CINE (Centro de Inovação em Novas Energias).

"Para isso, ele dispõe de uma janela que pode ser trocada conforme a análise de interesse. Assim, é possível empregar janelas transparentes ao infravermelho, janelas transparentes à luz visível e janelas transparentes aos raios X, e obter, dentre outras, análises espectroscópicas em cada uma dessas bandas de frequência," detalhou o pesquisador.

Com essa versatilidade, uma única célula possibilita realizar espectroscopia por infravermelho, espectroscopia Raman (que utiliza luz visível) e absorção e difração de raios X, entre outros procedimentos - tudo diretamente no dispositivo que está sendo pesquisado, em suas condições reais de funcionamento. Além disso, a arquitetura da célula permite trocar uma solução eletrolítica por outra durante o próprio processo de análise.

"Os feixes de radiação eletromagnética que passam pela janela interagem tanto com as moléculas de interesse, que estão no eletrólito, quanto com o catalisador, cuja eficiência está sendo estudada", disse Fernández.

Esquema da nova célula: (1) tampa roscada; (2) abertura por onde passa o feixe de radiação; (3) janela; (4, 5 e 17) anilhas de borracha; (6 e 16 ) contraeletrodo; (7) corpo da célula – parte 1; (8) câmara para o eletrólito, o contraeletrodo e o eletrodo de referência; (9, 11 e 13) entrada e saída de eletrólito; (10) entrada eletrodo de trabalho; (12) entrada eletrodo de referência; (14) eletrodo de referência; (15) entrada contraeletrodo; (18) parafuso; (19) corpo da célula– parte 2; (20) eletrodo de trabalho.
[Imagem: José L. Bott-Neto et al. - 10.1002/celc.202001241]

Projetos futuros

A inovação mereceu a capa da revista onde foi publicada, onde Fernández contou também os planos de uso que a equipe tem para sua célula eletroquímica: "Estamos realizando experimentos com uma ampla variedade de materiais, de metais a semicondutores, e de superfícies-modelo, como cristais únicos, a materiais extremamente complexos, que contêm misturas de componentes orgânicos e inorgânicos.

"Além disso, os materiais estão sendo usados para estudar diferentes reações, como a redução de CO2, divisão da água, oxidação de biomassa etc. Assim, esperamos obter informações que poderão abrir caminhos para o desenvolvimento de materiais avançados que possam contribuir com mais desenvolvimento econômico sustentável e ambientalmente correto," finalizou o pesquisador.

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