A procura por fontes de energia limpa e sustentável continua a ser um dos maiores desafios da atualidade. As células de combustível de hidrogénio surgem como uma alternativa promissora aos combustíveis fósseis, mas a sua implementação prática tem sido dificultada por barreiras tecnológicas e económicas significativas. Contudo, este recente avanço poderá levar a um shift no tema.

Altas temperaturas são um desafio na utilização de hidrogénio
As células de combustível de hidrogénio, especificamente as do tipo de óxido sólido (SOFC), são vistas com grande entusiasmo como uma alternativa à combustão de combustíveis fósseis. Contudo, a sua adoção generalizada tem sido limitada por serem notoriamente difíceis e dispendiosas de gerir.  Este obstáculo explica, em grande parte, a ausência desta tecnologia no nosso dia a dia.
O problema central reside no processo de funcionamento. As SOFC convertem diretamente o gás hidrogénio em energia e água, num processo altamente eficiente e duradouro. No entanto, para que esta conversão ocorra, são necessárias temperaturas de funcionamento extremamente elevadas, que variam entre os 700 e os 800 graus Celsius.
Estes requisitos térmicos encarecem os materiais de construção e a gestão dos sistemas, o que os torna impraticáveis para um uso comercial ou doméstico.
Um avanço recente poderá, no entanto, alterar este paradigma. Num artigo publicado na revista Nature Materials a 8 de agosto, uma equipa de investigadores anunciou o desenvolvimento de um novo tipo de SOFC que contorna o problema fundamental da temperatura.
A nova célula de combustível consegue operar a apenas 300 graus Celsius, menos de metade da temperatura anteriormente exigida.

Reduzir a temperatura de funcionamento para 300 °C permitiria uma diminuição drástica dos custos dos materiais e abriria a porta a sistemas para o consumidor final.

Afirmou Yoshihiro Yamazaki, autor sénior do estudo e engenheiro de materiais na Universidade de Kyushu, no Japão.

A reengenharia do eletrólito
Para alcançar este resultado, a equipa de investigação focou-se na reengenharia do eletrólito, uma camada cerâmica composta por diferentes estruturas atómicas organizadas numa rede cristalina.
Nas células de combustível de hidrogénio, os iões de hidrogénio com carga positiva, ou protões, viajam através destes caminhos cristalinos para gerar energia. Tradicionalmente, este processo requer calor extremo para ser eficaz.
Os investigadores tentaram superar esta limitação utilizando dopantes químicos (substâncias adicionadas para manipular as propriedades físicas de um material) em combinação com um cristal de óxido apropriado.

Mas isto também acarreta um desafio. A adição de dopantes químicos pode aumentar o número de protões móveis que atravessam o eletrólito, mas geralmente congestiona a rede cristalina, retardando a sua deslocação.

Explicou Yamazaki.

Após testarem vários candidatos, a equipa concentrou-se em dois compostos: estanato de bário e titanato de bário. Quando dopados com escândio a uma temperatura de 300 °C, estes dois materiais demonstraram níveis de eficiência comparáveis aos das SOFCs atuais, que operam a temperaturas muito mais altas.
Surpreendentemente, os átomos de escândio ligaram-se aos átomos de oxigénio para formar o que Yamazaki descreveu como uma "autoestrada molecular ampla e de vibração suave". Esta estrutura permitiu que os protões viajassem com uma "barreira de migração invulgarmente baixa".
O investigador acrescentou que os dois compostos utilizados para este eletrólito são também mais macios do que os convencionalmente usados, o que provavelmente facilitou a absorção do dopante de escândio.

O nosso trabalho transforma um paradoxo científico de longa data numa solução prática, aproximando a energia de hidrogénio acessível do nosso quotidiano.

Concluiu Yamazaki.
Apesar de 300 °C ser ainda uma temperatura consideravelmente elevada em comparação com a temperatura ambiente, esta redução é um marco importante.
 
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