Células foto-eletroquímicas armazenam luz UV em escala industrial

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

Sony está desenvolvendo uma nova bateria de lítio-enxofre

Mais uma notícia boa para a área de energia... A Sony está em processo de desenvolvimento de baterias baseadas em enxofre, para substituir as atuais baterias Li-ion. Segundo a Nikkei Technology Online, fonte da matéria, os planos da Sony são aumentar a densidade de energia por volume em 40% (ou seja, dos atuais 700Wh/L para 1000 Wh/L).
A comercialização da nova bateria está prevista para 2020, uma data ainda um pouco distante. Por que tanto tempo assim? Aparentemente a Sony ainda encontra um sério problema com estas baterias: quando o lítio metálico é usado em baterias recarregáveis, a bateria gera dendritos em seu polo negativo à medida que é carregada e descarregada. Se os dendritos causarem um curto-circuito ao atravessar a barreira que separa o polo negativo do positivo, eles poderão causar aquecimento ou até mesmo uma explosão.
A nova bateria usa um composto de enxofre em seu polo positivo e o lítio metálico no polo negativo. Apesar da bateria baseada em enxofre ter uma tensão no polo positivo menor que as baterias atuais, o valor teórico da capacidade de corrente é bem alto, aumentando a densidade de energia por volume para os desejados 1000Wh/L (ou até mais). A Sony também está trabalhando em uma bateria de magnésio-enxofre.
Por fim, a matéria original destaca que a Sony não é a única empresa desenvolvendo baterias baseadas em enxofre. Isto indica que futuramente teremos uma concorrência na área destas baterias, e quem sabe preços mais competitivos.

Ratificado novo ZigBee 3.0

A Aliança ZigBee ratificou recentemente o novo ZigBee 3.0, que tem um foco maior em IoT (Internet of Things, ou como é conhecido em português, Internet das Coisas. O novo padrão melhora a comunicação e a interoperabilidade entre produtos usados para os mais variados fins.
Para desenvolvedores, o padrão será uma ótima escolha, já que é uma plataforma unificada que se estende da camada física até a camada de aplicação. Assim, será muito mais simples integrar produtos certificados com o ZigBee 3.0.
Um dos pontos mais promissores desta nova versão é a parceria que a Aliança ZigBee está fazendo com a EnOcean, para usar a tecnologia desta última em coleta de energia. Desta maneira, dispositivos ZigBee, que já possuem um consumo baixo, seriam capazes de se auto-alimentar. Esta seria uma grande vantagem para quem está desenvolvendo produtos ou sensores IoT.
A ratificação do ZigBee 3.0 é um dos passos que estão sendo tomados para simplificar o desenvolvimento de dispositivos IoT. Devemos esperar mais notícias a este respeito no ano que vem.

Células fotovoltaicas de qualquer semicondutor

Uma ótima notícia para a área de energia solar foi anunciada no site Eurekalert. Talvez tenhamos em um futuro não muito distante, um maior uso de células fotovoltaicas. Trago traduzido aqui, parte da matéria. A descrição do processo desenvolvido pode ser lido no texto original.

Fotovoltaicos de qualquer semicondutor

Uma tecnologia que possibilitará células solares de baixo custo e alta eficiência serem feitas de praticamente qualquer semicondutor foi desenvolvido por pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), do U.S. Department of Energy (DOE) e da University of California (UC) Berkeley. Esta tecnologia abre portas para o emprego de amplos e relativamente baratos semicondutores, como os promissores óxidos metálicos, sulfuretos e compostos à base de fósforo, que foram considerados inapropriados para células solares porque é difícil adaptar suas propriedades por meios mecânicos.

"É hora de colocarmos materiais ruins em bom uso", diz o físico Alex Zettl, que lidera esta pesquisa juntamente com seu colega Feng Wang. "Nossa tecnologia nos permite driblar a dificuldade de adaptar quimicamente muitos semicondutores abundantes e não tóxicos, adaptando estes materiais simplesmente por aplicar um campo elétrico".

Zettl, que possui indicações na Berkeley Lab's Materials Sciences Division e na UC Berkeley's Physics Department, de onde ele dirige o Center of Integrated Nanomechanical Systems (COINS), é o autor de um artigo descrevendo seu trabalho no jornal Nano Letters. O artigo é intitulado "Screening-Engineered Field-Effect Solar Cells". Ele foi escrito em co-autoria com William Regan, Steven Byrnes, Will Gannett, Onur Ergen, Oscar Vazquez-Mena and Feng Wang.

Células solares convertem luz solar em eletricidade usando materiais semicondutores que exibem o efeito fotovoltaico – significando que eles absorvem fótons e liberam elétrons que podem ser direcionados em uma corrente elétrica. Células fotovoltaicas são as mais modernas fontes de energia limpa, verde e renovável, mas as tecnologias atuais utilizam semicondutores relativamente escassos e caros, como grandes cristais de silício ou finos filmes de telureto de cádmio ou CIGS (copper indium gallium selenide, material composto de cobre, índio, gálio e selênio), que são caros e difíceis de se fabricar em dispositivos.

"Tecnologias solares hoje encaram uma relação custo/eficiência que tem atrasado sua implementação", diz Zettl. "Nossa tecnologia reduz o custo e complexidade de fabricação de células solares e então fornece o que poderia ser uma importante alternativa com bom custo e que beneficia o meio-ambiente, que pode acelerar o uso de energia solar".

Nova liga metálica converte calor diretamente em eletricidade

A EETimes Europe traz uma notícia muito interessante sobre uma nova liga metálica descoberta na Universidade de Minessota. Confira abaixo:

Nova liga metálica converte calor diretamente em eletricidade
Julien Happich

As pesquisas de engenharia da Universidade de Minnesota no colégio de Ciências e Engenharia descobriram recentemente uma nova liga material que converte calor diretamente em eletricidade Este método de conversão de energia está nos primeiros estágios de desenvolvimento, mas pode ter um grande impacto em criar eletricidade amigável ao ambiente a partir de fontes de calor desperdiçadas.

Pesquisadores dizem que o material poderia potencialmente ser usado para capturar calor desperdiçado do escapamento de um carro que aqueceria o material e produziria eletricidade para recarregar a bateria em um carro híbrido. Outros possíveis usos futuros incluem capturar o calor rejeitado em plantas industriais e de energia ou diferenças de temperatura no oceano e criar eletricidade. O time de pesquisa está procurando por uma possível comercialização da tecnologia.
"Esta pesquisa é muito promissora porque ela apresenta um método completamente novo de conversão de energia que nunca foi feito antes", disse o professor de engenharia e mecânica da Universidade de Minnesota, Richard James, que lidera o time de pesquisas. "É também o mais moderno meio 'verde' de criar eletricidade porque ele usa calor desperdiçado para criar eletricidade sem dióxido de carbono". Para criar o material, o time de pesquisas combinaram elementos a nível atômico para criar uma nova liga multiferroica, Ni45Co5Mn40Sn10. Materiais multiferroicos combinam propriedades elásticas, magnéticas e elétricas incomuns. A liga Ni45Co5Mn40Sn10 alcança o multiferroismo ao passar por uma transformação de fase altamente reversível onde um sólido se transforma em outro sólido. Durante esta transformação de fase a liga passa por mudanças em suas propriedades magnéticas que são exploradas no dispositivo de conversão de energia.
Durante uma pequena demonstração no laboratório da Universidade de Minnesota, o novo material criado pelos pesquisadores começa como um material não magnético, então repentinamente se torna fortemente magnético quando a temperatura é aumentada em pequena quantidade. Quando isto acontece, o material absorve o calor e espontaneamente produz eletricidade em uma espira próxima. Parte desta energia calórica é perdida em um processo chamado histerese. Uma descoberta crítica do time é um meio sistemático de minimizar a histerese nas transformações de fase. A pesquisa do time foi recentemente publicada na primeira edição do novo jornal científico Advanced Energy Materials.
Em adição ao Professor James, outros membros do time de pesquisa incluem os pesquisadores de pós-doutorado de Engenharia e Mecânica da Universidade de Minnesota, Vijay Srivastava e Kanwal Bhatti, e o estudante de Ph.D. Yintao Song. O time também está trabalhando com o professor de Engenharia Química e Materias da Universidade de Minnesota, Christopher Leighton, para criar um pequeno filme do material que poderia ser usado, por exemplo, para converter parte do calor desperdiçado dos computadores em eletricidade.
"Esta pesquisa cruza todas as fronteiras da ciência e engenharia", disse James. "Ela inclui engenharia, física, materiais, química, matemática e mais. Ela obrigou todos nós do Colégio de Ciências e Engenharia a trabalharmos juntos para pensar em novos caminhos".