A tecnologia de células de combustível está evoluindo continuamente à medida que as energias renováveis ​​e as fontes alternativas de energia se tornam um meio cada vez mais importante de reduzir a dependência global de combustíveis fósseis. As células de combustível planas, um projeto predominante, podem ser volumosas, ter problemas de compressão e distribuição de corrente desigual. Outras desvantagens incluem problemas com transporte de gás reagente, remoção de excesso de água e desafios de fabricação associados ao seu projeto.
Uma equipe de pesquisadores da UConn liderada por Jasna Jankovic, professora assistente do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Escola de Engenharia, desenvolveu um novo projeto para uma célula de combustível tubular de membrana eletrolítica de polímero (PEM) que aborda essas deficiências e melhora em projetos de células de combustível tubulares PEM existentes, a maioria dos quais pega uma célula de combustível PEM planar e a enrola em um cilindro.

Jankovic e dois estudantes de pós-graduação, Sara Pedram e Sean Small, adotaram uma abordagem mais holística que repensa o design de células de combustível tubulares desde o início. Seu conceito disruptivo e com patente pendente poderia ter quase o dobro da densidade de energia de outras células de combustível tubulares PEM, ser 50% mais leve, ter um eletrodo interno e eletrólito substituíveis (se líquido), uma configuração à prova de vazamentos e exigir menos metais preciosos .

Isso é um grande negócio, diz Michael Invernale, gerente sênior de licenciamento da UConn's Technology Commercialization Services (TCS) trabalhando com Jankovic para trazer o conceito ao mercado. Grande parte do esforço para melhorar o design da célula de combustível, diz ele, concentrou-se no usuário final em vez do bem maior.

"Uma célula de combustível com componentes recarregáveis ​​é uma espécie de solução que faz isso", diz Invernale. "Uma companhia aérea que confia nessa tecnologia teria mais incentivo para reconstruir um componente. No momento, pode ser mais barato substituir toda a unidade. É aí que esse design brilha. As características do design são verdes, sustentáveis ​​e renováveis".

As células de combustível são essencialmente dispositivos eletroquímicos de geração de energia que combinam hidrogênio e oxigênio para gerar eletricidade, calor e água. Cada tipo é classificado principalmente pelo tipo de eletrólito que utiliza. As células de combustível planares são construídas usando pilhas semelhantes a sanduíches de grandes placas de campo de fluxo retangulares feitas de grafite ou metal, que representam cerca de 80% de seu peso e 40% de seu custo. O design da UConn usa um único campo de fluxo em forma de tubo que reduz seu peso pela metade.

O conceito ainda está em descoberta e tem financiamento do I-Corps and Partnership for Innovation (PFI) da National Science Foundation (NSF). O programa foi criado para estimular a tradução de pesquisas fundamentais para o mercado, incentivar a colaboração entre a academia e a indústria e treinar professores, alunos e outros pesquisadores financiados pela NSF em habilidades de inovação e empreendedorismo.

As equipes de pesquisa participantes têm a oportunidade de entrevistar clientes em potencial para saber mais sobre suas necessidades. Jankovic e sua equipe realizaram cerca de 60 entrevistas durante um programa UConn Accelerator no início de 2022, que os ajudou a dimensionar o mercado e responder a perguntas importantes sobre iniciar ou não um processo mais longo, fabricar o produto por conta própria ou licenciar a tecnologia para outra empresa.

"Foi muito útil obter feedback e orientação de pessoas da indústria", diz Jankovic.

Jankovic liderou a equipe como PI, com Pedram e Small, atuando como Líder Empresarial e Co-Líder respectivamente. Lenard Bonville, o mentor industrial da equipe, apoiará a equipe com suas décadas de experiência industrial. A equipe realizará outro conjunto de 100 entrevistas com a indústria para descobrir o mercado para seu produto e obter orientação sobre seu design final. O financiamento da NSF-Partnership for Innovation (PFI) será usado para desenvolver um protótipo e buscar a comercialização.

As células de combustível têm uma ampla gama de aplicações, desde a alimentação de residências e empresas, até a manutenção de instalações críticas como hospitais, supermercados e data centers em funcionamento, e movimentação de uma variedade de veículos, incluindo carros, ônibus, caminhões, empilhadeiras, trens, e mais. A equipe de Jankovic está trabalhando para obter uma patente completa de seu projeto e testar completamente o conceito. No curto prazo, eles estão focados em comercializar a tecnologia e atrair potenciais parceiros.

Jankovic prevê a criação de uma célula de combustível aproximadamente do tamanho de uma bateria AA, no entanto, como uma tecnologia escalável e modular, ela pode ser ampliada para qualquer tamanho prático. A forma cilíndrica permitiria que mais células de combustível ocupassem a mesma quantidade de espaço que as que estão em uso agora e seriam mais baratas de fabricar, disse Invernale. Jankovic vê seu projeto de célula de combustível como um substituto para baterias de íon de lítio.

Jankovic disse que seus sete anos na indústria antes de vir para a UConn a convenceram de que havia uma necessidade no mercado de um design de célula de combustível novo e melhor.

"A partir dessa experiência, eu sabia que as células de combustível planares tinham alguns problemas", diz ela. "Fiquei perguntando por aí e disse:'vamos fazer isso e descobrir sim ou não'." + Explorar mais

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