ENTENDA A PESQUISA

CÉLULAS A COMBUSTÍVEL

As células a combustível são um sistema de conversão de energia química em energia elétrica. Como um todo, a operação produz baixo impacto ambiental: sem vibrações, ruídos, combustão e gases estufa. Entretanto, tradicionalmente, são alimentadas com hidrogênio, que como um gás, apresenta dificuldades de armazenamento e transporte, além dos riscos relacionados à inflamabilidade.

Através de um dispositivo chamado reformador, é possível utilizar outros combustíveis para gerar localmente o hidrogênio, mas esse processo acrescenta novas complexidades ao sistema. “Por isso, estamos focando em células alimentadas diretamente por etanol: um combustível de origem renovável, de baixo custo, fácil transporte e alta disponibilidade”, explica Carastan.

A desvantagem é que as células a etanol são menos eficientes do que as alimentadas por hidrogênio. Os pesquisadores da UFABC visam então compensar esse déficit pelo ajuste das dimensões e peso dos conjuntos, desenvolvendo materiais que melhorem o desempenho mecânico e a condutividade elétrica de placas bipolares.

AS PLACAS BIPOLARES

Uma placa bipolar é um dispositivo condutivo encontrada nas células a combustível. “Nessas placas ocorre a distribuição do reagente e separação dos módulos formados por membrana de troca protônica e eletrodo contendo platina”, colabora o graduando e pesquisador Lucas Yudi Maeda Rodrigues.

As placas são responsáveis por distribuir homogeneamente o combustível e o oxigênio nos eletrodos; conectar o potencial da célula completando o circuito elétrico e conduzir eletricidade para o circuito externo da célula. Todavia, atualmente, as placas são compostas de metal, grafite ou compósitos de polímero com alta carga de carbono, resultando em materiais com densidade elevada e frágeis, esclarece o professor Suel Eric Vidotti.

Doutor em Ciência e Engenharia de Materiais, Vidotti explica que a indústria automotiva também procura diminuir o peso dos veículos para baixar consumo de combustíveis. “Nesse sentido, temos como objetivo desenvolver as placas bipolares por impressão 3D a partir de nanocompósitos poliméricos preparados com cargas condutivas, entre elas o grafeno, melhorando as propriedades mecânicas e de condutividade elétrica e diminuindo o peso das células a combustível.”

NANOPARTÍCULAS DE CARBONO

O objetivo da primeira parte da pesquisa é, portanto, utilizar nanopartículas de carbono (como grafeno, nanotubos e negro de fumo) para melhorar o desempenho mecânico e a condutividade elétrica destes materiais. “O grafeno combina transparência, flexibilidade e alta mobilidade intrínseca dos portadores de carga, podendo suportar densidades de corrente de magnitude 6 vezes maior que o cobre.” Além disso, continua Vidotti, na aplicação desejada, “essas nanopartículas podem ser utilizadas em quantidades bem menores em comparação com cargas convencionais”.

A dificuldade relacionada ao estudo é a dispersão das nanopartículas nos polímeros. “A dispersão é fundamental para que ocorra a transferência efetiva de carga resultando em melhoria mecânica e também na formação da rede de percolação, responsável pela condutividade elétrica das amostras”, finaliza.

Este projeto é coordenado pelo Pr. Dr. Danilo Justino Carastan e conta com os professores Dr. Suel Eric Vidotti e Dr. Anibal de Andrade Mendes Filho. Também estão presentes o pós-doutorando Luís Marcelo Garcia, os mestrandos Tamara Chalegre e Thiago Nunes, além de oito alunos de Iniciação Científica: Lucas Yudi Maeda Rodrigues, Paulo Henrique Ribeiro Dantas, Arthur da Silva Santos, Julia Pires Bertagna, Angelo Giuseppe Rosa, Rafael Oliveira Batista Piacitelli, Lívia Passos Santos e Cesar Matheus Martins.