Bateria de sal coleta energia osmtica onde rios encontram o mar

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 25/04/2024

Bateria osmtica

Sempre houve muito interesse em extrair eletricidade da diferena de salinidade entre rios e oceanos, uma fonte de energia limpa, renovvel e virtualmente quase inesgotvel.

Quando dois corpos de gua com salinidades diferentes se encontram, as molculas de sal fluem naturalmente de uma concentrao mais alta para uma concentrao mais baixa. Isso no muito diferente do que acontece dentro de uma bateria recarregvel comum, com a diferena de que as baterias mais vendidas atualmente so de ons de ltio, enquanto a bateria na foz dos rios seria uma bateria de ons de sdio – o sal marinho basicamente cloreto de sdio.

Mas fabricar essas baterias osmticas, ou baterias naturais de ons de sdio, tem-se mostrado um desafio difcil de vencer.

Agora, Zhijiang Xie e colegas da Universidade Agrcola de Anhui, na China, trouxeram uma nova esperana para esta rea criando um prottipo de bateria osmtica que alcanou uma densidade de energia nada menos do que 2,34 vezes superior s j demonstradas, trazendo um novo alento de que essa tecnologia possa se tornar comercialmente vivel.

A estrutura isotrpica, separando as cargas eletrnicas e inicas, foi crucial para o elevado rendimento alcanado.
[Imagem: Zhijiang Xie et al. – 10.1021/acsenergylett.4c00320]

Membrana de eletrodilise reversa

O elemento chave de uma bateria osmtica a membrana que guia os ons de sdio, coletando energia osmtica dos gradientes de sal entre a gua do mar e a gua doce do rio que desgua, e a converte em eletricidade.

Um mtodo para fazer isto consiste em um conjunto de membranas de eletrodilise reversa (MER) que funcionam como uma bateria de sal, gerando eletricidade a partir das diferenas de presso causadas pelo gradiente salino. Para equilibrar esse gradiente, ons carregados positivamente da gua do mar, como o sdio, fluem atravs das membranas rumo gua doce, aumentando a presso na membrana.

Para aumentar ainda mais seu poder de colheita de energia, a membrana tambm precisa manter uma baixa resistncia eltrica interna, permitindo que os eltrons fluam facilmente na direo oposta dos ons. Xie e seus colegas criaram ento uma membrana que faz justamente isto, melhorando tanto o fluxo de ons quanto a eficincia do transporte de eltrons, o que aumenta a quantidade de eletricidade capturada da energia osmtica.

A nova membrana semipermevel tambm foi fabricada usando apenas materiais ambientalmente benignos, o que essencial para sua utilizao diretamente em esturios, onde a foz dos rios larga e mansa o suficiente para a explorao comercial do conceito.

Todos os materiais utilizados so ambientalmente benignos.
[Imagem: Zhijiang Xie et al. – 10.1021/acsenergylett.4c00320]

Prottipo da bateria osmtica

O prottipo de membrana MER (membrana de eletrodilise reversa) conta com canais separados para transportar os ons e os eltrons, o que foi conseguido ensanduichando um hidrogel de celulose (com carga negativa, para transporte dos ons) entre camadas de um polmero orgnico eletricamente condutor chamado polianilina (com carga negativa, para transporte dos eltrons).

Os testes iniciais confirmaram a teoria de que canais de transporte desacoplados resultam em maior condutividade inica e menor resistividade eletrnica em comparao com membranas homogneas feitas dos mesmos materiais. Em um tanque de gua que simula um ambiente de esturio, o prottipo alcanou uma densidade de potncia de sada 2,34 vezes maior do que uma membrana MER comercial e manteve o desempenho praticamente inalterado durante os 16 dias de operao ininterrupta a que os pesquisadores submeteram a bateria.

Em um teste final, apenas para demonstrao em escala de laboratrio, a equipe criou um conjunto de baterias de ons de sdio usando 20 de suas membranas MER – o empilhamento de 20 camadas permitiu atingir uma tenso de 2,2 volts. O conjunto atingiu uma densidade de potncia de sada de 11,7 W m^-2 e manteve um desempenho de sada de 10,9 W m^-2 aps 16 dias de operao.

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