Sua geladeira usa tecnologia dos anos 1950, mas uma atualização está a caminho

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/02/2025

Protótipo de refrigerador termogalvânico, que a equipe já fala em passar para a etapa de comercialização.
[Imagem: Yilin Zeng]

Geladeiras termogalvânicas

Nossas geladeiras usam uma tecnologia de quase um século atrás, mas uma nova forma de refrigeração mais eficiente, mais compacta e ecologicamente correta pode estar aparecendo no horizonte.

A nova tecnologia é baseada em células termogalvânicas, que produzem um efeito de resfriamento por meio de uma reação eletroquímica reversível. O efeito termogalvânico gera uma diferença de potencial quando dois eletrodos em contato com um eletrólito líquido - ou gelatinoso - são submetidos a uma diferença de temperatura.

A refrigeração termogalvânica é mais barata e mais ecologicamente correta do que outros métodos de resfriamento porque requer uma entrada de energia muito menor, e sua escalabilidade significa que ela pode ser usada para várias aplicações, de câmeras frias industriais a geladeira domésticas e até dispositivos de resfriamento vestíveis.

"A tecnologia termogalvânica está a caminho de nossas vidas, seja na forma de eletricidade limpa ou resfriamento de baixo consumo, e tanto as comunidades de pesquisa quanto as comerciais devem prestar atenção a ela," disse o professor Jiangjiang Duan, da Universidade Huazhong de Ciência e Tecnologia, na China.

Termocélulas menos avançadas já foram usadas para gerar eletricidade usando calor latente.
[Imagem: Hongyao Zhou et al. - 10.1002/adma.202303341]

Termocélulas

As células termogalvânicas, ou termocélulas, usam o calor produzido por reações eletroquímicas reversíveis para criar energia elétrica. Reverter esse processo, ou seja, aplicar uma corrente elétrica externa para conduzir reações eletroquímicas, permite gerar a energia de resfriamento.

Estudos anteriores concluíram que o potencial das células termogalvânicas para produzir energia de resfriamento é limitado, mas a equipe superou as deficiências encontradas até agora aumentando drasticamente esse potencial. Para isso, eles otimizaram os produtos químicos usados na tecnologia.

"Embora os estudos anteriores tenham-se concentrado principalmente no projeto original do sistema e em simulações numéricas, nós relatamos uma estratégia de projeto racional e universal de eletrólitos termogalvânicos, permitindo um desempenho de resfriamento recorde, que está potencialmente disponível para aplicação prática," disse Duan.

Isso abre uma nova rota para otimização do sistema, que a equipe acredita permitir chegar a aplicações comerciais da refrigeração termogalvânica.

Esquema de funcionamento da termocélula galvânica.
[Imagem: Yilin Zeng et al. - 10.1016/j.joule.2025.101822]

Refrigeração termogalvânica prática

As células termogalvânicas de resfriamento são baseadas em reações eletroquímicas redox envolvendo íons de ferro dissolvidos. Em uma fase da reação, os íons de ferro perdem um elétron e absorvem calor (Fe3+ → Fe2+) e, na outra fase, eles ganham um elétron e liberam calor (Fe2+ → Fe3+). A energia produzida pela primeira reação resfria a solução eletrolítica, e o calor produzido por aquela primeira reação é removido por um dissipador de calor.

Ao ajustar os solutos e solventes usados na solução eletrolítica, os pesquisadores conseguiram melhorar o poder de resfriamento da célula hidrogalvânica. Para isso, eles usaram um sal de ferro hidratado contendo perclorato (NaClO₄), que ajudou os íons de ferro se dissolverem e se dissociarem mais livremente, em comparação com outros sais contendo ferro testados anteriormente, como o ferricianeto.

Adicionalmente, os sais de ferro foram dissolvidos em um solvente contendo nitrilas, em vez de água pura, o que melhorou o poder de resfriamento da célula hidrogalvânica em 70%.

O sistema otimizado conseguiu resfriar o eletrólito circundante em 1,42 °C com apenas 0,11 W cm^-2 de entrada, um resultado promissor para a refrigeração eletroquímica prática - é uma grande melhoria em comparação com a capacidade de resfriamento de 0,1 °C relatada por sistemas termogalvânicos publicados anteriormente.

"Embora nosso eletrólito avançado seja comercialmente viável, esforços adicionais no projeto ao nível de sistema, escalabilidade e estabilidade são necessários para promover a aplicação prática desta tecnologia," disse Duan. "No futuro, pretendemos melhorar continuamente o desempenho do resfriamento termogalvânico explorando novos mecanismos e materiais avançados. Também estamos tentando desenvolver diversos protótipos de refrigeradores para cenários de aplicação potenciais e estamos buscando colaborar com empresas de inovação para promover a comercialização de tecnologias termogalvânicas."

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