MADRID 26 mar. (EUROPA PRESS) -
Pesquisadores estão considerando o radiocarbono como uma fonte de baterias nucleares seguras, pequenas e acessíveis que poderiam durar décadas ou até mais sem a necessidade de recarga.
Su-Il In, professor do Instituto de Ciência e Tecnologia do Daegu Gyeongbuk Institute of Technology (Coreia do Sul), apresentou seus resultados na reunião de primavera da American Chemical Society (ACS).
A necessidade de recarga frequente das baterias de íons de lítio (Li-ion) não é apenas um incômodo. Ela limita a utilidade das tecnologias que dependem dessas baterias, como drones e equipamentos de sensoriamento remoto. Além disso, as baterias são prejudiciais ao meio ambiente: a extração de lítio consome muita energia e o descarte inadequado das baterias de íons de lítio pode poluir os ecossistemas. Entretanto, com a crescente onipresença de dispositivos conectados, data centers e outras tecnologias de computação, a demanda por baterias de longa duração está aumentando.
ALTERNATIVA AO LÍTIO
E as melhorias nas baterias de íons de lítio provavelmente não serão a solução para esse desafio. "O desempenho das baterias de íons de lítio está quase saturado", diz In, que está pesquisando futuras tecnologias de energia. É por isso que In e sua equipe estão desenvolvendo baterias nucleares como uma alternativa ao lítio.
As baterias nucleares geram energia aproveitando as partículas de alta energia emitidas por materiais radioativos. Nem todos os elementos radioativos emitem radiação prejudicial aos organismos vivos, e alguns tipos de radiação podem ser bloqueados por determinados materiais. Por exemplo, as partículas beta (também conhecidas como raios beta) podem ser bloqueadas por uma fina folha de alumínio, tornando as baterias betavoltaicas uma alternativa potencialmente segura às baterias nucleares, de acordo com o estudo, citado pela EurekaAlert.
TEORICAMENTE MILÊNIOS
Os pesquisadores geraram um protótipo de bateria betavoltaica com carbono-14, uma forma instável e radioativa de carbono chamada radiocarbono. "Decidi usar um isótopo radioativo de carbono porque ele só gera raios beta", explica In. Além disso, o radiocarbono, um subproduto das usinas de energia nuclear, é barato e fácil de obter e reciclar. E como o radiocarbono se degrada muito lentamente, uma bateria alimentada por ele poderia, teoricamente, durar milênios.
Em uma bateria betavoltaica típica, os elétrons atingem um semicondutor, resultando na produção de eletricidade. Os semicondutores são um componente essencial nas baterias betavoltaicas, pois são os principais responsáveis pela conversão de energia. Portanto, os cientistas estão explorando materiais semicondutores avançados para obter maior eficiência de conversão de energia, ou seja, a eficácia com que uma bateria pode converter elétrons em eletricidade utilizável.
Para melhorar significativamente a eficiência de conversão de energia de seu novo projeto, In e sua equipe usaram um semicondutor baseado em dióxido de titânio. Esse material, normalmente usado em células solares, foi sensibilizado com um corante à base de rutênio. Eles reforçaram a ligação entre o dióxido de titânio e o corante usando um tratamento com ácido cítrico. Quando os raios beta do radiocarbono colidem com o corante à base de rutênio tratado, ocorre uma cascata de reações de transferência de elétrons, chamada de avalanche de elétrons. A avalanche percorre o corante, e o dióxido de titânio coleta eficientemente os elétrons gerados.
A nova bateria também contém radiocarbono no ânodo e no cátodo sensibilizados pelo corante. Ao tratar os dois eletrodos com o isótopo radioativo, os pesquisadores aumentaram a quantidade de raios beta gerados e reduziram a perda de energia da radiação beta relacionada à distância entre as duas estruturas.
DEMONSTRAÇÕES
Durante as demonstrações do protótipo da bateria, os pesquisadores descobriram que os raios beta liberados pelo radiocarbono em ambos os eletrodos ativavam o corante à base de rutênio no ânodo, o que gerava uma enxurrada de elétrons que era coletada pela camada de dióxido de titânio e transmitida por um circuito externo, produzindo eletricidade utilizável. Em comparação com um projeto anterior com apenas radiocarbono no cátodo, a bateria dos pesquisadores com radiocarbono no cátodo e no ânodo teve uma eficiência de conversão de energia muito maior, de 0,48% a 2,86%.
Em menções a essas baterias nucleares de longa duração, elas poderiam possibilitar muitas aplicações. Por exemplo, um marca-passo poderia durar a vida inteira de uma pessoa, eliminando a necessidade de substituições cirúrgicas.
No entanto, esse projeto betavoltaico converteu apenas uma pequena fração do decaimento radioativo em energia elétrica, resultando em um desempenho inferior em comparação com as baterias de íons de lítio convencionais. Isso sugere que esforços adicionais para otimizar o formato do emissor de raios beta e desenvolver absorvedores de raios beta mais eficientes poderiam melhorar o desempenho da bateria e aumentar a geração de energia.
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