Bateria de cimento poder transformar sua casa numa bateria gigante

Energia

Com informações da BBC – 19/06/2024

Bateria de concreto

O laboratrio do professor Damian Stefaniuk, no MIT, possui uma instalao inusitada: Uma pilha de cilindros de concreto preto polidos, entrelaada por fios, sendo banhada em um lquido. Para um observador comum, no parece ter muita funo, at que o pesquisador aperta um interruptor. Os fios ligam os blocos de concreto a um diodo emissor de luz (LED) e a lmpada acende.

Essa bateria de cimento mais um fruto de uma pesquisa anunciada pela equipe no ano passado, cujo objetivo final transformar casas e estradas em baterias usando uma mistura de cimento com carbono.

Esse modo de armazenamento de energia no compete com as baterias de ltio, mas pode ser a soluo para o armazenamento de energias renovveis, como solar ou elica, que so tipicamente intermitentes, enquanto a demanda por energia tipicamente constante.

aqui que entram Stefaniuk e seu concreto. Ele e seus colegas descobriram uma maneira de criar um dispositivo de armazenamento de energia, conhecido como supercapacitor, a partir de trs materiais bsicos e baratos: gua, cimento e uma substncia parecida com fuligem, chamada negro de fumo, ou negro de carbono.

Baterias de cimento do tamanho de moedas armazenando energia de um pequeno painel solar.
[Imagem: Franz-Josef Ulm/Admir Masic/Yang-Shao Horn]

Supercapacitores

Os supercapacitores so altamente eficientes no armazenamento de energia, mas diferem das baterias em alguns aspectos importantes: Eles podem recarregar muito mais rpido do que uma bateria de ons de ltio, e no sofrem os mesmos nveis de degradao no desempenho com o uso. Mas os supercapacitores tambm liberam rapidamente a energia que armazenam, tornando-os menos teis em dispositivos como celulares, computadores ou carros eltricos, em que necessrio um fornecimento constante de energia durante um perodo prolongado de tempo.

De acordo com Stefaniuk, estes supercapacitores poderiam contribuir de forma significativa para os esforos de descarbonizar a economia global. “Se puder ter sua escala ampliada, esta tecnologia pode ajudar a resolver uma questo importante – o armazenamento de energia renovvel,” destaca ele, vislumbrando uma srie de aplicaes para seus supercapacitores.

Uma delas poderia ser criar estradas que armazenem energia solar, e depois liber-la para recarregar (sem fio) carros eltricos que passem pela estrada. A rpida liberao de energia do supercapacitor de cimento-carbono permitiria que os veculos dessem uma carga rpida em suas baterias.

Outra aplicao seria em fundaes de casas, criando uma “bateria estrutural”, com “paredes, fundaes ou colunas que atuem no s no suporte de uma estrutura, mas tambm no armazenamento de energia dentro delas,” disse Stefaniuk.

Um supercapacitor de cimento de carbono alimentando um dispositivo porttil de jogos.
[Imagem: Damian Stefaniuk]

Bateria estrutural de concreto

Stefaniuk e seus colegas comprovaram inicialmente este conceito criando supercapacitores de 1 volt do tamanho de uma moeda, conectando-os em srie para fornecer energia a um LED de 3 volts. Desde ento, eles aumentaram a escala para produzir um supercapacitor de 12 volts. Verses maiores do supercapacitor foram capazes de abastecer um console de games porttil.

No momento, o supercapacitor de concreto capaz de armazenar pouco menos de 300 watts-hora por metro cbico, o suficiente para abastecer uma lmpada LED de 10 watts por 30 horas. Pode parecer pouco em comparao com as baterias convencionais, mas “uma fundao com de 30 a 40 metros cbicos de concreto pode ser suficiente para atender s necessidades dirias de energia de uma casa residencial,” justifica Stefaniuk.

E a equipe de pesquisa est planejando justamente construir verses maiores, incluindo uma de at 45 metros cbicos de tamanho, que seria capaz de armazenar cerca de 10 kWh de energia, que seria o necessrio para abastecer uma casa por um dia.

Os pesquisadores esto trabalhando para aumentar a escala do supercapacitor de cimento-carbono para que ele possa ser usado em diversas aplicaes.
[Imagem: BBC]

Vantagens e desvantagens dos supercapacitores

Os capacitores so formados por duas placas condutoras com uma membrana entre elas. Neste caso, ambas as placas so feitas de cimento de negro de carbono, que foram embebidas em um sal eletroltico chamado cloreto de potssio.

O supercapacitor funciona devido a uma propriedade incomum do negro de carbono – ele altamente condutor. Isso significa que, quando o material combinado com p de cimento e gua, forma-se um tipo de concreto repleto de redes de material condutor, assumindo uma forma que lembra razes minsculas ramificadas.

Quando uma corrente eltrica – vinda de uma fonte renovvel, neste caso – aplicada s placas embebidas em sal, as placas carregadas positivamente acumulam ons carregados negativamente do cloreto de potssio. E como a membrana impede a troca de ons carregados entre as placas, a separao das cargas cria um campo eltrico.

Como os supercapacitores podem acumular grandes quantidades de carga muito rpido, isso poderia tornar os dispositivos teis para armazenar o excesso de energia produzido por fontes renovveis intermitentes, como as energias elica e solar.

Mas os supercapacitores no so perfeitos. As verses existentes descarregam rapidamente, e no so ideais para um fornecimento constante de energia, que seria necessria para abastecer uma casa ao longo do dia. Stefaniuk diz que ele e seus colegas esto trabalhando em uma soluo que permitiria refinar sua verso de cimento-carbono ajustando a mistura, mas eles s vo divulgar os detalhes aps finalizarem os testes e publicarem um novo artigo.

Pode haver ainda outros obstculos a serem superados – adicionar mais negro de carbono permite que o supercapacitor resultante armazene mais energia, mas tambm torna o concreto um pouco mais frgil. Os pesquisadores dizem que ser necessrio encontrar a combinao ideal de negro de carbono para qualquer uso que pressuponha uma funo estrutural, assim como de armazenamento de energia.

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