Cientistas da TU Wien (Vienna) desenvolveram uma célula foto-eletroquímica capaz de armazenar quimicamente a energia de luz ultravioleta mesmo em altas temperaturas.
As plantas conseguem absorver luz solar e armazenar quimicamente sua energia, mas imitar este processo em escala industrial provou ser difícil. Células fotovoltaicas convertem luz solar em eletricidade, mas em altas temperaturas, a eficiência de células solares diminui. Energia elétrica pode ser usada para produzir hidrogênio, que pode então ser armazenado – mas a eficiência energética deste processo é limitado.
Os cientistas da TU Wien (Viena) desenvolveram um novo conceito que combina materiais especializados para criar células fotovoltaicas para altas temperaturas com uma célula eletroquímica. Luz ultravioleta pode ser diretamente usada para movimentar íons de oxigênio por um eletrólito óxido sólido. A energia da luz ultravioleta é armazenada quimicamente. No futuro, o método poderia também ser usado para dividir a água em hidrogênio e oxigênio.
Como estudante da TU Wien, Georg Brunauer começou a ponderar possíveis combinações de armazenamento fotovoltaico e eletroquímico. A viabilidade de tal sistema depende dele ser capaz de trabalhar em altas temperaturas. “Isto nos permitiria concentrar a luz solar com espelhos e construir plantas de larga escala com uma alta taxa de eficiência”, explicou Brunauer. Células fotovoltaicas comuns só trabalham bem até 100°C. Em uma planta concentradora solar, temperaturas mais altas poderiam ser alcançadas.
A chave para o sucesso era uma escolha incomum de materiais. Ao invés da costumeira célula fotovoltaica baseada em silício, óxidos metálicos especiais - os chamados perovskites - foram usados. Combinando vários óxidos metálicos diferentes, Brunauer conseguiu construir uma célula que combina células fotovoltaicas e eletroquímicas. Vários parceiros de pesquisa na TU Wien contribuíram para o projeto. Georg Brunauer é um membro do time de pesquisa do Prof. Karl Ponweiser no Institute for Energy Systems and Thermodynamics, O grupo do Prof. Jürgen Fleig (Tecnologia e Análise Química) e o Institute for Atomic and Subatomic physics estavam também envolvidos.
“Nossa célula consiste de duas partes – uma parte fotoelétrica em cima e uma parte eletroquímica em baixo”, disse Georg Brunauer. “Na camada superior, a luz ultravioleta cria portadores de carga livre, assim como em uma célula solar padrão”.
Os elétrons na camada superior são imediatamente removidos e se deslocam para a camada inferior da célula eletroquímica. Uma vez ali, os elétrons são usados para ionizar oxigênio para íons negativos de oxigênio, que então podem se deslocar através de uma membrana na parte eletroquímica da célula.
“Este é o passo fotoeletroquímico crucial, que nós esperamos levar à possibilidade de dividir a água e produzir hidrogênio”, sugeriu Brunauer. Neste primeiro passo de evolução, a célula trabalha como uma bomba de oxigênio movida a luz ultravioleta, produzindo uma voltagem de corrente em aberto de até 920 milivolts à temperatura de 400°C.
Para o passo de levar tudo do laboratório da universidade para um protótipo industrial, Georg Brunauer fundou a companhia startup NOVAPECC. Juntamente com a TU Wien, ele preencheu várias patentes.
Reference
Brunauer et al, Advanced Functional Materials 26,1 (2016). UV-Light-Driven Oxygen Pumping in a High-Temperature Solid Oxide Photoelectrochemical Cell. DOI: 10.1002/adfm.201503597
Fonte: http://www.electronics-eetimes.com/en/photo-electrochemical-cell-stores-uv-light-energy-at-industrial-scale.html?cmp_id=7&news_id=222927575&vID=209
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