Pesquisadores chineses construíram um gerador de eletricidade a água – a energia é gerada quando a água se evapora de um nanomaterial de carbono.
Cada gerador tem cerca de 2,5 cm de comprimento e cria uma tensão de 1,5 V, similar à de uma pilha AA padrão. Embora a corrente seja pequena, na casa dos nanoamperes, a equipe conectou vários geradores para alimentar um display de cristal líquido.
Com futuras otimizações, escreve a equipe das universidades de Nanjing e Huazhong, o gerador a água poderia ser usado para alimentar equipamentos de esterilização e para purificar ou dessalinizar a água em regiões quentes do planeta.
Evaporação que gera energia
A fabricação de cada célula do gerador começa com a deposição de nanotubos de carbono de paredes múltiplas em um substrato de quartzo para criar dois eletrodos – o substrato tem cerca de 25 milímetros (mm) de comprimento e os eletrodos de 2 mm ficam posicionados em cada extremidade. A seguir é depositado negro de fumo – ou fuligem, pequenas partículas de carbono de cerca de 20 nanômetros de diâmetro – sobre todo o substrato, até uma espessura de cerca de 70 micrômetros. O aparelho a ser alimentado deve ser conectado por fios aos dois eletrodos.
Para começar a gerar energia, a célula é colocada em um copo com uma pequena quantidade de água desionizada, de modo a mergulhar apenas poucos milímetros da parte inferior do dispositivo. A ação capilar faz com que a água suba, atingindo uma altura de até 20 mm em cerca de 1 h. À medida que a água sobe através da célula, a tensão através dos eletrodos começa a subir, atingindo um valor de cerca de 1 V em 1 h.
Quando o gerador e o copo foram colocados em um ambiente fechado, do qual o vapor de água não podia escapar, a tensão caiu para zero em cerca de 15 minutos, recuperando-se rapidamente quando o ambiente foi ventilado. O fluxo de ar, que se sabe aumentar a evaporação, aumentou a tensão no dispositivo até 1,5 V. Por outro lado, um aumento na umidade ambiental baixou a tensão ao inibir a evaporação. Tomados em conjunto, escrevem os pesquisadores, essas observações confirmam que é a evaporação a responsável pela geração da eletricidade.
Mas desvendar o processo propriamente dito exigiu um estudo mais aprofundado, usando espectroscopia de infravermelho. Os dados sugerem que a energia elétrica é criada através de um processo eletroquímico chamado corrente de fluxo, que ocorre quando um eletrólito é movido por um gradiente de pressão através de um canal ou poro – a água se movendo pelos nanotubos ou pelos canais do negro de fumo.
Otimização
Para testar o lado mais prático do seu gerador de eletricidade evaporativo, a equipe conectou quatro células em série, criando uma fonte de energia que disponibiliza cerca de 380 nA a 4,8 V. Isto foi suficiente para alimentar uma pequena tela de cristal líquido.
A equipe afirma que o desempenho do dispositivo poderá ser melhorado através da otimização dos processos de evaporação e do fluxo da água pelo material de carbono.
Bibliografia:
Water-evaporation-induced electricity with nanostructured carbon materials
Guobin Xue, Ying Xu, Tianpeng Ding, Jia Li, Jun Yin, Wenwen Fei, Yuanzhi Cao, Jin Yu, Longyan Yuan, Li Gong, Jian Chen, Shaozhi Deng, Jun Zhou, Wanlin Guo
Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2016.300
Autor: IOP
