domingo, 5 de outubro de 2014

1ª Bateria Solar do mundo é criada, via Universidade de Ohio


Na realidade, o dispositivo de patente pendente inventado no The Ohio State University é simultaneamente: a primeira bateria solar do mundo.



Em 03 de outubro de 2014 na edição da revista Nature Communications, os pesquisadores relatam que
eles conseguiram combinar uma bateria e uma célula solar em um único dispositivo híbrido.

Chave para a inovação é um painel de malha de energia solar, o qual permite a entrada de ar na bateria e um processo especial para a transferência de elétrons entre o painel solar e o elétrodo da bateria. Dentro do dispositivo, luz e oxigênio permitem diferentes etapas das reações químicas que carregam a bateria.


A luz e o oxigênio que penetram na bateria híbrida facilitam que se produzam reações químicas que carregam a bateria


Yiying Wu
A universidade irá licenciar a bateria solar para a indústria, onde Yiying Wu, professor de química e bioquímica da Universidade de Ohio, diz que vai ajudar a domar os custos das energias renováveis​​.

"A tecnologia de ponta é a utilização de um painel solar para captar a luz, e então usar uma bateria barata para armazenar a energia", disse Wu. "Nós integramos as duas funções em um único dispositivo. Toda vez que você pode fazer isso, você reduz custo. "

Ele e seus alunos acreditam que o seu dispositivo reduz os custos em 25 por cento.

A invenção também resolve um problema de longa data em eficiência energética solar, eliminando a perda de eletricidade que normalmente ocorre quando os elétrons têm de se deslocar entre uma célula solar e uma bateria externa. Tipicamente, apenas 80 por cento de elétrons que emergem de uma célula solar, são introduzidos numa bateria.

Com este novo projeto, a luz é convertida em elétrons dentro da bateria, de modo que quase 100 por cento dos elétrons são salvos.

O projeto tem algumas introduções como uma bateria anteriormente desenvolvida por Wu e pelo doutorando Xiaodi Ren. Eles inventaram uma bateria movida a ar de alta eficiência que as descarrega por reagir quimicamente com o oxigênio de potássio. O projeto ganhou o prêmio de U$100.000 de energia limpa do Departamento de Energia dos Estados Unidos em 2014, e os pesquisadores formaram uma cisão de tecnologia chamada KAir Energy Systems, LLC para desenvolvê-lo.

"Basicamente, é uma bateria de respiração", disse Wu. "Ela inspira o ar quando se descarrega, e expira, quando se carrega."

Para este novo estudo, os pesquisadores queriam combinar um painel solar com uma bateria semelhante ao do KAir. O desafio foi a de que as células solares são normalmente feitas de painéis de semicondutores sólidos, que bloqueiam a entrada de ar na bateria.

O doutorando Mingzhe Yu projetou uma malha painel solar permeável de gaze de titânio, um tecido flexível sobre o qual crescem hastes verticais de dióxido de titânio como lâminas de grama. O ar passa livremente através da gaze, enquanto as hastes captam a luz solar.

Normalmente, uma célula solar de ligação para uma bateria requerem a utilização de quatro eletrodos, os pesquisadores explicaram. O seu design híbrido utiliza apenas três.

O painel solar de malha constitui o primeiro elétrodo. Abaixo, os investigadores colocaram uma folha fina de carvão poroso (o segundo elétrodo) e uma placa de lítio (o terceiro elétrodo). Entre os elétrodos, eles intercalaram camadas de eletrólito para transportar elétrons pra um lado e pro outro .

Veja como a bateria solar funciona: durante o carregamento, a luz atinge a malha do painel de energia solar e gera elétrons. Dentro da bateria os elétrons estão envolvidos na decomposição química de peróxido de lítio em íons de lítio e de oxigênio. O oxigênio é liberado no ar, e os íons de lítio são armazenados na bateria como lítio metálico depois de capturar os elétrons.

Quando a bateria descarrega, ela consome quimicamente o oxigênio do ar para reformar o peróxido de lítio.

Um aditivo iodeto no eletrólito age como uma lançadeira que transporta os elétrons, e os transporta entre o elétrodo da bateria e a malha do painel solar. A utilização do aditivo representa uma abordagem distinta em melhorar o desempenho da bateria e eficiência, segundo a equipe.

A malha pertence a uma classe de dispositivos chamados de células solares sensibilizadas por corante, porque os pesquisadores utilizaram um corante vermelho para ajustar o comprimento de onda da luz que capta.

Nos testes, eles carregaram e descarregaram a bateria várias vezes, enquanto o doutorando Lu Ma usaram espectroscopia de fotoelétrons de raios-X para analisar o quanto os materiais de elétrodo sobrevivem_uma indicação de vida útil da bateria.

Primeiro usaram um composto de rutênio como o corante vermelho, mas desde que o corante foi consumido na captura de luz, a bateria ficou sem corante após oito horas de carga e descarga_tempo de vida demasiado curto. Então eles se voltaram para um semicondutor vermelho escuro que não seria consumido: hematita ou óxido de ferro, mais comumente chamado de ferrugem.

O revestimento da malha com ferrugem permite que a bateria seja carregada a partir de luz solar, mantendo a sua cor vermelha. Com base em testes iniciais, Wu e sua equipe acham que a vida útil da bateria solar será comparável a baterias recarregáveis ​​já existentes no mercado.

O Departamento de Energia dos Estados Unidos financia este projecto, que vai continuar com os pesquisadores explorando formas de melhorar o desempenho da bateria solar com novos materiais.


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