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Física & Química

Este novo material pode transformar luz solar, calor e movimento em eletricidade – tudo de uma vez

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.

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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?

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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.

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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.

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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:

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“[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.

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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;

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(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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Mestrando em Estudos Ambientais pela UCES, Buenos Aires. Graduado em Engenharia Civil e pós-graduado em Gestão Pública e Controladoria Governamental. Com interesse por ciência, tecnologia, filosofia, desenvolvimento sustentável e diversas outras áreas do conhecimento humano.

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