p A natureza nem sempre é generosa com seus segredos. É por isso que alguns pesquisadores procuram lugares incomuns em busca de soluções para nossos desafios mais difíceis, de poderosos antibióticos escondidos nas entranhas de minúsculos vermes, para robôs velozes inspirados em morcegos. p Agora, Pesquisadores nordestinos foram às árvores para procurar maneiras de fazer novos materiais sustentáveis ​​a partir de recursos naturais abundantes - especificamente, dentro da estrutura química das microfibras que compõem a madeira.

p Uma equipe liderada por Hongli (Julie) Zhu, professor assistente de engenharia mecânica e industrial da Northeastern, está usando nanomateriais exclusivos derivados de celulose para melhorar o tipo de baterias grandes e caras necessárias para armazenar energia renovável aproveitada de fontes como a luz solar e o vento.

p Celulose, o polímero natural mais abundante da Terra, é também o componente estrutural mais importante das plantas. Ele contém importantes estruturas moleculares para melhorar as baterias, reduzir a poluição do plástico, e alimentar o tipo de rede elétrica que poderia fornecer energia renovável a comunidades inteiras, Zhu diz.

p “Tentamos usar polímeros de madeira, da casca, das sementes, das flores, bactérias, chá verde - desses tipos de plantas para substituir o plástico, "Zhu diz.

p Um dos principais desafios no armazenamento de energia do sol, vento, e outros tipos de energias renováveis ​​é que a variação em fatores como o clima leva a fontes de energia inconsistentes.

p É aí que entram as baterias com grande capacidade. Mas armazenar a grande quantidade de energia que a luz solar e o vento são capazes de fornecer requer um tipo especial de dispositivo.

p As baterias mais avançadas para fazer isso são chamadas de baterias de fluxo, e são feitos com íons de vanádio dissolvidos em ácido em dois tanques separados - um com uma substância de íons carregados negativamente, e um com os positivos. As duas soluções são continuamente bombeadas do tanque para uma célula, que funciona como um motor para a bateria.

p Essas substâncias são sempre separadas por uma membrana especial que garante a troca de íons de hidrogênio positivos sem fluírem uns para os outros. Essa troca seletiva de íons é a base para a capacidade da bateria de carregar e descarregar energia.

p As baterias de fluxo são dispositivos ideais para armazenar energia solar e eólica porque podem ser ajustadas para aumentar a quantidade de energia armazenada sem comprometer a quantidade de energia que pode ser gerada. Quanto maiores os tanques, mais energia a bateria pode armazenar a partir de recursos não poluentes e praticamente inesgotáveis.

p Mas fabricá-los requer várias peças móveis de hardware. À medida que a membrana que separa as duas substâncias em fluxo decai, pode fazer com que os íons de vanádio da solução se misturem. Esse crossover reduz a estabilidade de uma bateria, junto com sua capacidade de armazenar energia.

p Zhu diz que a eficiência limitada dessa membrana, combinado com seu alto custo, são os principais fatores que impedem que as baterias de fluxo sejam amplamente utilizadas em redes de grande escala.

p Em um artigo recente, Zhu relatou que uma nova membrana feita com nanocristais de celulose demonstra eficiência superior em comparação com outras membranas comumente utilizadas no mercado. A equipe testou diferentes membranas feitas de nanocristais de celulose para baratear as baterias de fluxo.

p "O custo de nossa membrana por metro quadrado é de 147,68 dólares americanos, "Zhu diz, acrescentando que seus cálculos não incluem custos associados a marketing. "A cotação de preço da membrana Nafion comercializada é de US $ 1, 321 por metro quadrado. "

p Seus testes também mostraram que as membranas, feito com o apoio da Rogers Corporation e seu Centro de Inovação no Instituto de Pesquisa Kostas do Nordeste, pode oferecer durações de bateria substancialmente mais longas do que outras membranas.

p A membrana natural de Zhu é especialmente eficiente porque sua estrutura celular contém milhares de grupos hidroxila, que envolvem ligações de hidrogênio e oxigênio que facilitam o transporte da água nas plantas e nas árvores.

p Em baterias de fluxo, essa composição molecular acelera o transporte de prótons conforme eles fluem através da membrana.

p A membrana também consiste em outro polímero conhecido como poli (fluoreto de vinilideno-hexafluoropropileno), o que evita que os ácidos carregados negativamente e positivamente se misturem.

p "Para esses materiais, um dos desafios é que é difícil encontrar um polímero que seja condutor de prótons e que também seja um material muito estável no fluxo de ácido, "Zhu diz.

p Como esses materiais estão praticamente em todos os lugares, as membranas feitas com ele podem ser facilmente montadas em grandes escalas, necessárias para redes elétricas complexas.

p Ao contrário de outros materiais artificiais caros que precisam ser preparados em um laboratório, a celulose pode ser extraída de fontes naturais, incluindo algas, lixo sólido, e bactérias.

p "Muito do material na natureza é um composto, e se desintegrarmos seus componentes, podemos usá-lo para extrair celulose, "Zhu diz." Como resíduos de nosso quintal, e muitos resíduos sólidos que nem sempre sabemos o que fazer. "