Pesquisadores da RMIT University em Melbourne, A Austrália demonstrou pela primeira vez uma "bateria de prótons" recarregável em funcionamento que poderia reconectar a forma como fornecemos energia às nossas casas, veículos e dispositivos.

A bateria recarregável é ecologicamente correta, e tem potencial, com mais desenvolvimento, para armazenar mais energia do que as baterias de íon de lítio atualmente disponíveis.

As aplicações potenciais para a bateria de prótons incluem o armazenamento doméstico de eletricidade de painéis solares fotovoltaicos, como feito atualmente pela Tesla 'parede de energia' usando baterias de íon de lítio.

Com algumas modificações e ampliação, A tecnologia de bateria de prótons também pode ser usada para armazenamento de média escala em redes de eletricidade - como a bateria de lítio gigante no sul da Austrália, bem como para alimentar veículos elétricos.

O protótipo de bateria de prótons de trabalho usa um eletrodo de carbono como um depósito de hidrogênio, acoplado com uma célula de combustível reversível para produzir eletricidade.

É o eletrodo de carbono mais os prótons da água que dão à bateria de prótons seu ambiente, energia e vantagem econômica potencial, diz o pesquisador principal, o professor John Andrews.

"Nosso mais recente avanço é um passo crucial para o barato, baterias de prótons sustentáveis ​​que podem ajudar a atender às nossas necessidades futuras de energia sem danificar ainda mais nosso ambiente já frágil, "Andrews disse.

"À medida que o mundo avança em direção à energia renovável inerentemente variável para reduzir as emissões de gases de efeito estufa e enfrentar as mudanças climáticas, os requisitos para armazenamento de energia elétrica serão gigantescos.

"A bateria de prótons é um entre muitos contribuintes potenciais para atender a essa enorme demanda por armazenamento de energia. Alimentar baterias com prótons tem o potencial de ser mais econômico do que usar íons de lítio, que são feitos de recursos assustadores.

"Carbono, que é o principal recurso usado em nossa bateria de prótons, é abundante e barato em comparação com as ligas metálicas de armazenamento de hidrogênio, e o lítio necessário para baterias recarregáveis ​​de íon de lítio. "

Durante o carregamento, o carbono no eletrodo se liga aos prótons gerados pela divisão da água com a ajuda de elétrons da fonte de alimentação. Os prótons são liberados novamente e passam de volta pela célula de combustível reversível para formar água com oxigênio do ar para gerar energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o carbono não queima ou causa emissões no processo.

Os experimentos dos pesquisadores mostraram que sua pequena bateria de prótons, com uma área de superfície interna ativa de apenas 5,5 centímetros quadrados, já era capaz de armazenar tanta energia por unidade de massa quanto as baterias de íon de lítio disponíveis no mercado. Isso foi antes de a bateria ser otimizada.

"O trabalho futuro agora se concentrará em melhorar ainda mais o desempenho e a densidade de energia por meio do uso de materiais à base de carbono em camadas atomicamente finas, como o grafeno, com o objetivo de uma bateria de prótons que é verdadeiramente competitiva com as baterias de íon de lítio firmemente à vista, "Andrews disse.

A pesquisa da RMIT sobre a bateria de prótons foi parcialmente financiada pelo Australian Defense Science and Technology Group e o US Office of Naval Research Global.

Como funciona a bateria de prótons

O protótipo de bateria funcional combina os melhores aspectos das células de combustível de hidrogênio e energia elétrica baseada em bateria.

A versão mais recente combina um eletrodo de carbono para armazenamento em estado sólido de hidrogênio com uma célula de combustível reversível para fornecer uma unidade recarregável integrada.

O uso bem-sucedido de um eletrodo feito de carvão ativado em uma bateria de prótons é um passo significativo à frente e é relatado no Jornal Internacional de Energia de Hidrogênio .

Durante o carregamento, prótons produzidos pela divisão da água em uma célula de combustível reversível são conduzidos através da membrana da célula e se ligam diretamente ao material de armazenamento com o auxílio de elétrons fornecidos pela voltagem aplicada, sem formar gás hidrogênio.

No modo de fornecimento de eletricidade, esse processo é invertido; átomos de hidrogênio são liberados do armazenamento e perdem um elétron para se tornarem prótons novamente. Esses prótons, então, voltam através da membrana celular, onde se combinam com o oxigênio e os elétrons do circuito externo para reformar a água.

Uma grande vantagem potencial da bateria de prótons é a eficiência energética muito maior do que os sistemas convencionais de hidrogênio, tornando-o comparável às baterias de íon de lítio. As perdas associadas à evolução do gás hidrogênio e à divisão de volta em prótons são eliminadas.

Vários anos atrás, a equipe RMIT mostrou que uma bateria de prótons com um eletrodo de liga metálica para armazenar hidrogênio poderia funcionar, mas sua reversibilidade e recarregabilidade eram muito baixas. Além disso, a liga empregada continha elementos de terras raras, e era, portanto, pesado e caro.

Os últimos resultados experimentais mostraram que um eletrodo de carvão ativado poroso feito de resina fenólica foi capaz de armazenar cerca de 1% em peso de hidrogênio no eletrodo. Esta é uma energia por unidade de massa já comparável às baterias de íon de lítio disponíveis no mercado, mesmo que a bateria de prótons esteja longe de ser otimizada. A voltagem máxima da célula era de 1,2 volt.