Energia

Célula solar iônica fará dessalinização e células ciborgues

Representação artística da membrana bipolar usada para a geração de eletricidade iônica. [Imagem: William White]

Células solares iônicas

As células solares usam a energia da luz para gerar elétrons (cargas negativas) e lacunas (cargas positivas), que são conduzidas para fora dos materiais semicondutores por eletrodos, saindo na forma de eletricidade.

Agora a luz do Sol foi usada para alimentar um processo de geração de energia elétrica totalmente diferente - o transporte de prótons e hidróxidos, com cargas opostas, obtidos pela dissociação de moléculas de água.

Ou seja, William White e seus colegas da Universidade da Califórnia em Irvine criaram uma célula solar iônica, uma célula solar que fornece uma corrente de íons.

É um componente que é um análogo iônico da célula solar eletrônica formada por uma junção p-n semicondutora. Ela usar a luz solar para tirar proveito de um comportamento da água semelhante ao comportamento dos semicondutores e gerar eletricidade iônica.

A equipe espera usar esse mecanismo para fabricar um componente capaz de dessalinizar diretamente a água salgada pela sua simples exposição à luz solar.

"Houve outros experimentos, que datam da década de 1980, que fotoexcitaram materiais para que eles transmitissem uma corrente iônica, e estudos teóricos afirmam que essas correntes poderiam alcançar os mesmos níveis que seus análogos eletrônicos, mas nenhum desses experimentos funcionou tão bem [quanto o nosso]," disse White.

Corrente iônica

A equipe obteve sucesso permitindo que a água permeasse através de duas membranas de permuta iônica, uma que transporta principalmente íons positivamente carregados (cátions), como prótons, e outra que transporta principalmente íons carregados negativamente (ânions), como hidróxidos, funcionando como um par de portas químicas para separar as cargas.

Testes nos quais o sistema foi iluminado por um laser produziram uma corrente iônica mensurável e tensões de mais de 100 milivolts (mV) em alguns casos (60 mV em média).

A demonstração é inédita e promissora, mas o nível de corrente iônica precisará atingir pelo menos 200 mV para conseguir dessalinizar a água do mar, um alvo que os pesquisadores estão otimistas em alcançar rapidamente.

"Tudo se resume à física fundamental de quanto tempo as portadoras de carga persistem antes de se recombinar para formar água. Podemos projetar mais inteligentemente uma dessas interfaces da membrana bipolar para que possamos maximizar a tensão e a corrente," disse o professor Shane Ardo, coordenador da equipe.

Ciborgues

No longo prazo, a dessalinização é apenas uma possível aplicação da célula solar iônica - ou bomba de prótons sintética alimentada por energia solar, como os pesquisadores a chamam.

Ela também poderá funcionar como interface com dispositivos eletrônicos ou mesmo para alimentar a sinalização em interfaces cérebro-máquina e "células ciborgues", que combinem tecidos vivos e circuitos artificiais, um papel que não pode ser preenchido pelas células solares tradicionais, que são instáveis em sistemas biológicos.

• Criada primeira bateria iônica: Interface entre humanos e máquinas

Bibliografia:

Conversion of Visible Light into Ionic Power Using Photoacid-Dye-Sensitized Bipolar Ion-Exchange Membranes
William White, Christopher D. Sanborn, David M. Fabian, Shane Ardo
Joule
DOI: 10.1016/j.joule.2017.10.015