Eletricidade é gerada pela evaporação da água

Quatro células gerando eletricidade por evaporação fornecem energia para alimentar a pequena tela de cristal líquido, que mostra o logotipo da universidade. [Imagem: Guobin Xue et al. - 10.1038/nnano.2016.300]

Gerador a água

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

Fonte: CNPQ