Um Novo Protótipo de Célula de Combustível de Sódio-ar Pode um Dia Alimentar Aviões e Trens Elétricos

Crédito:Gretchen Ertl

As baterias estão se aproximando do limite de energia que podem armazenar em relação ao seu peso, representando um grande desafio para a alimentação de aeronaves, trens e navios. Pesquisadores e colaboradores do MIT desenvolveram uma alternativa promissora: uma célula de combustível que funciona como uma bateria, mas reabastece rapidamente em vez de recarregar.

Este novo projeto utiliza sódio metálico líquido — um material acessível e abundante — como combustível. No lado oposto da célula, o ar comum fornece oxigênio. Um eletrólito cerâmico conduz íons de sódio, enquanto um eletrodo poroso viabiliza a reação entre sódio e oxigênio que gera eletricidade.

“Protótipo de célula de combustível supera baterias de íons de lítio ao fornecer o triplo da densidade de energia“

Testes com o protótipo mostraram que a célula fornece mais de três vezes mais energia por peso que baterias de íons de lítio usadas em veículos elétricos.

Os resultados foram publicados na revista Joule, em um artigo de autoria dos alunos de doutorado do MIT Karen Sugano, Sunil Mair e Saahir Ganti-Agrawal; do professor de ciência dos materiais Yet-Ming Chiang; e de outros cinco.

“Esperamos que as pessoas achem isso completamente maluco”, diz Chiang, professor de Cerâmica da Kyocera. “Se não achassem, eu ficaria um pouco decepcionado — porque ideias verdadeiramente revolucionárias geralmente parecem assim à primeira vista.”

Chiang acredita que essa tecnologia realmente tem o potencial de ser transformadora. Na aviação — onde minimizar o peso é fundamental — ganhos drásticos na densidade de energia podem finalmente tornar o voo elétrico viável em maior escala.

“O limite realista para a aviação elétrica é de cerca de 1.000 watts-hora por quilograma”, explica ele. As baterias de íons de lítio atuais em veículos elétricos fornecem cerca de 300 watts-hora por quilograma, o que está muito abaixo do necessário. Mesmo atingir essa marca de 1.000 não permitiria voos de longa distância, mas poderia tornar viável a aviação elétrica regional — que cobre cerca de 80% dos voos domésticos e 30% das emissões da aviação.

Sódio Metálico Surge como uma Solução Promissora para Baterias de Transporte de Alta Energia e Baixo Custo

Os mesmos requisitos de alta densidade energética e baixo custo se aplicam a outros setores, como o transporte marítimo e ferroviário. “Foi isso que nos atraiu para o sódio metálico“, afirma Chiang.

Embora pesquisadores explorem baterias de lítio-ar e sódio-ar há décadas devido ao seu alto potencial energético, a criação de uma versão totalmente recarregável permanece um desafio.

Chiang observa: “As pessoas reconhecem há muito tempo a promessa de densidade energética das baterias de metal-ar, mas, apesar de seu apelo, ninguém a concretizou na prática — até agora, talvez.“

Usando os mesmos princípios eletroquímicos, mas em uma célula de combustível em vez de uma bateria, pesquisadores alcançaram alta densidade energética de forma mais prática. Diferente das baterias, as células de combustível permitem o fluxo contínuo de materiais durante o uso.

Pesquisadores desenvolvem dois protótipos de células a combustível de sódio-ar em escala de laboratório com designs distintos