A equipe de pesquisa do professor Mohamed Mohamedi do INRS projetou uma célula de combustível verde sem membrana que usa o oxigênio do ar. Os resultados desta aplicação microfluídica inovadora - a primeira no Canadá - foram publicados em Avaliações de energia renovável e sustentável.

As células de combustível convencionais são onipresentes. Eles alimentam carros elétricos e os computadores usados ​​no pouso da Apollo em 1969 na lua. Essas células de combustível perdem tensão à medida que são usadas e, eventualmente, param de funcionar. Isso ocorre porque as moléculas de álcool (metanol ou etanol) no compartimento anódico da célula a combustível cruzam a membrana que as separa do compartimento catódico. As moléculas de oxigênio no compartimento catódico reagem com o álcool, causando uma queda na tensão.

Cientistas tentaram sem sucesso desenvolver uma membrana que impeça as moléculas de álcool de passarem por ela. Professor Mohamed Mohamedi, um dos principais autores do estudo publicado em 8 de setembro, tomou outro rumo:desenvolver uma célula de combustível sem membrana.

Sua nova solução custa menos e requer menos etapas de fabricação, mas falha em abordar um desafio importante. "Quando a membrana é removida, o metanol ou etanol reage com o oxigênio, assim como nas células de combustível convencionais. Para evitar quedas de tensão, tivemos que desenvolver eletrodos seletivos no compartimento catódico. Esses eletrodos, desenhado pelo aluno de doutorado Juan Carlos Abrego-Martinez, permanecem inativos na presença de moléculas de álcool, mas são sensíveis ao oxigênio que gera eletricidade, "O professor Mohamedi explica. Ele observa outra propriedade única dessa célula a combustível sem membrana:ela usa o oxigênio do ar ao seu redor.

Do modelo ao protótipo

O primeiro passo que os pesquisadores deram na construção de um protótipo funcional foi rodar simulações numéricas criadas por Alonso Moreno Zuria, Bolsista de pós-doutorado do INRS e principal autor do estudo. Por meio de modelagem de computador, a equipe testou diferentes configurações de eletrodos seletivos na célula de combustível. "As células de combustível convencionais são como sanduíches com a membrana no meio. Escolhemos, em vez disso, trabalhar em um projeto de camada única. Tivemos que determinar como organizar e espaçar os eletrodos para maximizar o uso de combustível, mantendo a concentração de oxigênio no ar ambiente em mente. "diz o professor Mohamedi.

Depois que os pesquisadores estabeleceram uma configuração, eles testaram um protótipo que se tornou uma prova de conceito. A célula de combustível sem membrana alimentou um LED por quatro horas usando apenas 234 microlitros de metanol. Os pesquisadores querem otimizar a célula a combustível para que ela possa usar o etanol, um combustível mais verde que pode ser produzido a partir de biomassa e resíduos agrícolas. O etanol também fornece mais energia por unidade equivalente de volume.

A equipe espera que a célula de combustível forneça energia para aparelhos eletrônicos portáteis, como telefones celulares e microssistemas, como sensores de poluição do ar. Ao contrário das baterias convencionais que armazenam eletricidade e devem ser recarregadas, as células de combustível continuam a produzir energia enquanto houver combustível disponível. "Este método de fornecimento de energia é particularmente eficaz quando a recarga não é possível. Imagine estar no meio do deserto, sem eletricidade. Você pode recarregar seu celular usando uma pequena cápsula de etanol que você conecta ao dispositivo, "diz o professor Mohamedi.

Essa tecnologia pioneira já atraiu a atenção da indústria, embora a equipe de pesquisa esteja apenas no estágio de protótipo.