Enquanto os pesquisadores trabalham em direção aos veículos elétricos de última geração, eles podem estar atingindo suas cabeças no teto do que as baterias de íon de lítio podem fornecer.

Enquanto isso, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Michigan está levando o desempenho de uma tecnologia concorrente de veículos elétricos - células de combustível de hidrogênio - a novos patamares.

Uma célula de combustível de hidrogênio é uma fonte de energia com zero emissões prejudiciais que atua como um cruzamento entre uma bateria e um tanque de gás. Ele emprega hidrogênio como combustível e aproveita a reação entre o hidrogênio e o oxigênio para produzir eletricidade. A única "emissão" é a água.

Uma limitação dessa tecnologia é a capacidade de armazenar quantidades suficientes de hidrogênio a bordo. Os pesquisadores da U-M identificaram maneiras de empilhar mais hidrogênio do que nunca em pequenas estruturas de armazenamento chamadas estruturas metal-orgânicas, aumentando a densidade de energia, e, como resultado, a autonomia projetada de um veículo com célula de combustível.

Estruturas de metal orgânico, ou MOFs, são materiais de design compostos de íons metálicos acoplados a moléculas orgânicas. Sua natureza porosa torna alguns MOFs uma das formas mais promissoras de armazenar hidrogênio.

Pesquisadores de Michigan reuniram informações sobre todos os MOFs disponíveis, aqueles construídos anteriormente, bem como aqueles que permanecem hipotéticos, em um banco de dados. Simulações de computador de alto rendimento foram então usadas para vasculhar o banco de dados resultante de quase 500, 000 MOFs para aqueles com capacidades promissoras.

Foram identificados três candidatos que poderiam superar os recordes anteriores de armazenamento de hidrogênio. Os pesquisadores então sintetizaram esses materiais e demonstraram seu desempenho.

"Estamos demonstrando um armazenamento mais denso em energia do que mostrado anteriormente, "disse Don Siegel, Professor associado de engenharia mecânica da U-M. "Você pode descrevê-lo como mais eficiente - colocar mais energia em um espaço menor e em um pacote mais leve."

Conforme publicado esta semana em Nature Communications , os três MOFs são apelidados de SNU-70, UMCM-9 e PCN-610 / NU-100. Cada um superou o desempenho do IRMOF-20, outro MOF identificado pela equipe em 2017.

"Esses materiais estabelecem um novo limite máximo para as capacidades de hidrogênio utilizáveis ​​em MOFs, "afirma o estudo.

As células de combustível de hidrogênio há muito são promissoras como fonte de energia sem emissões para carros elétricos. Eles têm, Contudo, em segundo plano com as baterias de íon de lítio, que você encontrará dentro da maioria dos dispositivos eletrônicos portáteis produzidos hoje - de telefones celulares e tablets, para câmeras digitais e veículos elétricos.

Os sistemas de célula de combustível de hidrogênio têm várias vantagens em relação às baterias de íon de lítio. O elemento mais abundante do universo, o hidrogênio é muito mais comum do que o lítio, portanto, há pouca chance de haver um problema de abastecimento.

E um carro com célula de combustível de hidrogênio pode recarregar em uma estação em poucos minutos, quase o mesmo tempo que leva para encher um tanque de gasolina agora. Em contraste, os tempos de carga completa para veículos elétricos com bateria de lítio são normalmente medidos em horas.

Existem desvantagens que limitaram a adoção do hidrogênio pela indústria automotiva, Contudo. Por exemplo, produzir hidrogênio é atualmente muito mais caro do que extrair e refinar o petróleo.

Transporte de combustível de hidrogênio é outro problema. Como um gás, é difícil mover e armazenar grandes quantidades de hidrogênio de forma eficiente, levantando questões sobre se ele precisa ser transportado na forma líquida em caminhões ou transportado por gasodutos como gás.

Mas a atração do que o hidrogênio pode potencialmente significar para os carros, e o meio ambiente, manteve grandes fabricantes de automóveis, como a Ford, Hyundai, Toyota, Honda e GM envolvidas em seu desenvolvimento.

Os projetistas de veículos elétricos estão constantemente procurando diminuir o tamanho do sistema de energia de um carro como meio de aumentar a eficiência. Ao aumentar a quantidade de hidrogênio que pode ser armazenado em um adsorvente MOF, Siegel disse, a pressão necessária para armazená-lo pode ser reduzida. O tamanho do tanque também pode ser reduzido.

“Queremos eliminar o problema de armazenamento de energia para veículos com células de combustível de hidrogênio. Isso mostra que estamos avançando nessa direção, "Siegel disse.