Imagine um edifício inteiro de 20 andares em concreto que pode armazenar energia como uma bateria gigante. Graças à pesquisa exclusiva da Chalmers University of Technology, na Suécia, tal visão um dia poderá se tornar realidade. Pesquisadores do Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil publicaram recentemente um artigo delineando um novo conceito para baterias recarregáveis - feitas de cimento.
A necessidade cada vez maior de materiais de construção sustentáveis apresenta grandes desafios para os pesquisadores. A Dra. Emma Zhang, ex-integrante da Chalmers University of Technology, na Suécia, juntou-se ao grupo de pesquisa do professor Luping Tang há vários anos para pesquisar os materiais de construção do futuro. Juntos, eles conseguiram desenvolver um conceito pioneiro mundial para uma bateria recarregável à base de cimento.
O conceito envolve primeiro uma mistura à base de cimento, com pequenas quantidades de fibras curtas de carbono adicionadas para aumentar a condutividade e a tenacidade à flexão. Então, embutida na mistura está uma malha de fibra de carbono revestida de metal – ferro para o ânodo e níquel para o cátodo. Depois de muita experimentação, este é o protótipo que os pesquisadores agora apresentam.
“Os resultados de estudos anteriores que investigaram a tecnologia de bateria de concreto mostraram um desempenho muito baixo, então percebemos que tínhamos que pensar fora da caixa, para encontrar outra maneira de produzir o eletrodo. Esta ideia particular que desenvolvemos – que também é recarregável – nunca foi explorada antes. Agora temos uma prova de conceito em escala de laboratório ”, explica a doutora Emma Zhang, anteriormente no Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil da Chalmers University of Technology, e agora Cientista de Desenvolvimento Sênior na Delta da Suécia“ .
“Estamos convencidos de que este conceito é uma excelente contribuição para permitir que futuros materiais de construção tenham funções adicionais, como fontes de energia renováveis ”, diz Luping Tang, professor do Departamento de Arquitetura e Engenharia Civil da Chalmers University of Technology.
A pesquisa de Luping Tang e Emma Zhang produziu uma bateria recarregável à base de cimento com uma densidade de energia média de 7 watts por metro quadrado (ou 0,8 watts por litro). A densidade de energia é usada para expressar a capacidade da bateria, e uma estimativa modesta é que o desempenho da nova bateria Chalmers poderia ser mais de dez vezes o das tentativas anteriores de baterias de concreto. A densidade de energia ainda é baixa em comparação com as baterias comerciais, mas essa limitação pode ser superada graças ao grande volume no qual a bateria pode ser construída quando usada em edifícios.
Uma chave potencial para resolver problemas de armazenamento de energia
O fato de a bateria ser recarregável é sua qualidade mais importante, e as possibilidades de utilização se o conceito for desenvolvido e comercializado são quase surpreendentes. O armazenamento de energia é uma possibilidade óbvia, o monitoramento é outra. Os pesquisadores veem aplicações que podem variar desde alimentar LEDs, fornecer conexões 4G em áreas remotas ou proteção catódica contra corrosão em infraestrutura de concreto.
“Também poderia ser acoplado a painéis de células solares, por exemplo, para fornecer eletricidade e se tornar a fonte de energia para sistemas de monitoramento em rodovias ou pontes, onde sensores operados por uma bateria de concreto poderiam detectar rachaduras ou corrosão”, sugere Emma Zhang.
O conceito de utilizar estruturas e edifícios desta forma pode ser revolucionário, pois ofereceria uma solução alternativa à crise energética, ao disponibilizar um grande volume de armazenamento de energia.
O concreto, que é formado pela mistura de cimento com outros ingredientes, é o material de construção mais usado no mundo. Do ponto de vista da sustentabilidade, está longe de ser o ideal, mas o potencial de adicionar funcionalidade pode oferecer uma nova dimensão. Comentários de Emma Zhang:
“Temos a visão de que, no futuro, essa tecnologia poderá permitir seções inteiras de edifícios de vários andares feitos de concreto funcional. Considerando que qualquer superfície de concreto poderia ter uma camada deste eletrodo embutida, estamos falando de enormes volumes de concreto funcional. ”
Os desafios permanecem com os aspectos de vida útil
A ideia ainda está em um estágio muito inicial. As questões técnicas que ainda precisam ser resolvidas antes que a comercialização da técnica seja uma realidade incluem a extensão da vida útil da bateria e o desenvolvimento de técnicas de reciclagem. “Como a infraestrutura de concreto geralmente é construída para durar cinquenta ou até cem anos, as baterias precisariam ser refinadas para corresponder a isso ou para serem mais fáceis de trocar e reciclar quando sua vida útil terminar. Por enquanto, isso oferece um grande desafio do ponto de vista técnico ”, diz Emma Zhang.
Mas os pesquisadores estão esperançosos de que sua inovação tenha muito a oferecer. “Estamos convencidos de que este conceito é uma grande contribuição para permitir que os futuros materiais de construção tenham funções adicionais, como fontes de energia renováveis”, conclui Luping Tang.
Referência: “Bateria de concreto recarregável” por Emma Qingnan Zhang e Luping Tang, 9 de março de 2021, Edifícios.
DOI: 10.3390/buildings11030103
O projeto de pesquisa foi financiado pela Agência Sueca de Energia (Energimyndigheten).
Mais informações técnicas sobre a bateria recarregável à base de cimento
Os pesquisadores desenvolveram um protótipo para uma bateria recarregável à base de cimento, com uma densidade de energia média de 7 Wh / m2 (ou 0,8 Wh / L) durante seis ciclos de carga e descarga. Eles testaram várias combinações para os eletrodos e descobriram que um ânodo de ferro e um cátodo de óxido à base de níquel produziam os melhores resultados. A condutividade da mistura à base de cimento para o eletrólito foi aumentada pela adição de fibras curtas de carbono, experimentando com diferentes proporções para encontrar uma mistura ótima de cerca de 0,5% de fibra de carbono.
Fonte: Chalmers University of Technology – 18 de maio de 2021