Traduzido e adaptado do ScienceAlert.com
Cientistas descobrem que um certo tipo de mineral tem as propriedades certas para extrair energia de várias fontes ao mesmo tempo — transformando a energia solar, térmica e cinética em eletricidade.
O mineral é um tipo de perovskita — uma família de minerais com uma estrutura cristalina específica — e esta é a primeira vez que os pesquisadores identificaram um que é possível converter, em temperatura ambiente, a energia de todas as três fontes.
Desde que a primeira célula solar de perovskita foi inventada em 2009, esses minerais foram posicionados como a “próxima grande coisa” na tecnologia de energia renovável.
As células solares perovskitas provaram ser mais baratas e mais eficientes do que as células solares de silício tradicionais, e seus níveis de eficiência aumentaram de 3,8% em 2009 para 22,1% em 2016 , tornando-as a tecnologia solar que mais avançou até o momento.
Mas a energia solar tem um grande problema: o que acontece quando não há muita luz solar — ou absolutamente nada, como no caso de dispositivos que são usados principalmente dentro de casa?
Uma equipe da Universidade de Oulu, na Finlândia tem procurado por diferentes tipos de minerais de perovskita para ver se em algum deles poderia ser aproveitada a energia de várias fontes, e eles identificaram o candidato perfeito — nanocristais de KBNNO (ou Ba, Ni co-modificado KNbO3).
Enquanto o mineral não seja eficiente o suficiente para alimentar algo tão grande quanto a sua casa da maneira como as células solares perovskita podem, os pesquisadores dizem que ele poderia ser usado em dispositivos eletrônicos como telefones e notebooks e os vários dispositivos “inteligentes” que em breve estarão enchendo nossas casas e as ruas das cidades.
“Isso vai empurrar o desenvolvimento da Internet de Coisas e cidades inteligentes, na qual sensores de consumo de energia e dispositivos podem ser sustentáveis em termos de energia”, diz Yang Bai, um pesquisador da equipe.
Propriedade do KBNNO
Como todas as perovskitas, o KBNNO é um material ferroelétrico, o que significa que ele está cheio de minúsculos dipolos elétricos que funcionam como pequenas agulhas de bússola. Quando uma bússola é exposta a um ímã, a agulha se move em uma determinada direção. Similarmente, quando os materiais ferroelétricos experimentam mudanças na temperatura, seus dipolos desalinham, e isto dispara uma corrente elétrica. Esta propriedade é conhecida como piroelectricidade. O KBNNO também é fotovoltaico , o que significa que ele pode gerar uma corrente elétrica quando exposto à luz solar, e é piezoelétrico, o que significa que ele pode converter as mudanças de pressão causadas pelo movimento em eletricidade.
Pesquisadores do passado identificaram as capacidades fotovoltaicas da KBNNO, e até mesmo viram dicas de suas outras propriedades, mas apenas em temperaturas extremamente baixas e impraticáveis — centenas de graus Celsius abaixo de zero, aponta a equipe da Universidade de Oulu. Porém, quando os cientistas da universidade finlandesa testaram as suas propriedades à temperatura ambiente, eles descobriram que, embora fosse superada por outras perovskitas quando se trata de gerar eletricidade a partir de fontes únicas de energia, o fato de conseguir gerar eletricidade a partir de três fontes diferentes de uma só vez poderia torná-la ainda mais valioso em certas situações.
Os pesquisadores também relatam que encontraram uma maneira de modificar a composição do KBNNO para melhorar suas propriedades sensíveis ao calor e à pressão, de modo que eles preveem que os níveis de eficiência do mineral aumentarão com ajustes adicionais. “É possível que todas essas propriedades possam ser ajustadas a um ponto máximo”, diz Bai.
Diferentes tipos das chamadas colheitadeiras híbridas de energia foram desenvolvidas no passado, mas os pesquisadores dizem que o que torna este mineral especial é que todas as três propriedades estão bem ali na estrutura cristalina — ou seja, não é preciso continuar adicionando camadas de diferentes materiais para capturar múltiplas fontes de energia.
Como a equipe relata em seu trabalho:
“[As máquinas de colheita de energia híbrida] usualmente utilizam materiais diferentes para diferentes princípios de colheita ou fontes de energia, sendo necessário, para um espaço definido, comprometer o número de fontes de energia colhidas ou o espaço ocupado pelos diferentes componentes de colheita de energia. …
Este tipo de solução sólida ferroelétrica da perovskita poderia mostrar uma forte resposta piezoelétrica e / ou piroelétrica, juntamente com um considerável efeito fotovoltaico, proporcionando, assim, uma oportunidade única de desenvolver uma nova máquina de colheita de energia multi-fonte ou um sensor multifuncional baseado num único material.”
Como é frequentemente o caso com esses tipos de descobertas, será necessário ainda muito tempo antes que o mineral seja desenvolvido para uso no mercado. Mas a pesquisa mostra que ainda não estamos nem perto de saber tudo o que há para saber sobre as propriedades de minerais da Terra. Se um deles puder nos libertar da tirania dos aparelhos de carga, ficaríamos tão felizes.
O estudo foi publicado na Applied Physics Letters.
Texto traduzido e adaptado do original “This New Material Can Turn Sunlight, Heat, and Movement Into Electricity – All at Once” do site ScienceAlert.
Referências:
(1) Applied Physics Letters: “Ferroelectric, pyroelectric, and piezoelectric properties of a photovoltaic perovskite oxide” http://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.4974735. Appl. Phys. Lett. 110, 063903 (2017); doi: http://dx.doi.org/10.1063/1.4974735;
(2) BAI, Yang et al. Ferroelectric, pyroelectric, and piezoelectric properties of a photovoltaic perovskite oxide, University of Oulu, Finland, 2017-02-10.<http://jultika.oulu.fi/Record/nbnfi-fe201702101527>;
(3) Site Phys.org “Material can turn sunlight, heat and movement into electricity — all at once” <https://phys.org/news/2017-02-material-sunlight-movement-electricityall.html> Acesso em 15 de fevereiro de 2017;
(4) Site American Institute of Physics “Material Can Turn Sunlight, Heat and Movement Into Electricity — All at Once”
<https://publishing.aip.org/publishing/journal-highlights/material-can-turn-sunlight-heat-and-movement-electricity-all-once> Acesso em 15 de fevereiro de 2017.
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