Ultrapassar as barreiras do armazenamento de hidrogénio com uma bateria de hidrogénio a baixa temperatura
Os cientistas desenvolvem um eletrólito sólido, utilizando o qual a bateria armazena e liberta hidrogénio a temperaturas inferiores a 100 °C
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Uma bateria de hidrogénio que funciona a apenas 90 °C foi desenvolvida por investigadores do Japão, ultrapassando os limites de alta temperatura e baixa capacidade dos métodos anteriores. O dispositivo funciona através da movimentação de iões de hidreto através de um eletrólito sólido, permitindo que o hidreto de magnésio, que actua como ânodo, armazene e liberte repetidamente hidrogénio a plena capacidade. Esta bateria oferece uma forma prática de armazenar combustível de hidrogénio, abrindo caminho para veículos movidos a hidrogénio e sistemas de energia limpa.
Um dos desafios mais prementes que a utilização do hidrogénio enfrenta é o seu armazenamento, que normalmente requer temperaturas extremamente baixas (-252,8 °C) e pressões elevadas (350 a 700 bar). Em vez de armazenar o hidrogénio como gás ou líquido, uma abordagem mais eficaz é armazená-lo em materiais sólidos, como o hidreto de magnésio (MgH2), que tem uma elevada capacidade teórica de armazenamento. Este material pode ser integrado num sistema semelhante a uma bateria em que, em vez de apenas mover electrões, o próprio hidrogénio é armazenado e libertado durante a carga e a descarga.
Até há pouco tempo, esta abordagem era limitada pela necessidade de temperaturas de funcionamento elevadas, superiores a 300 °C, pela fraca reversibilidade da absorção e dessorção de hidrogénio e por reacções secundárias indesejadas que reduziam o desempenho. Num desenvolvimento significativo que pode abrir a porta a aplicações práticas, investigadores do Instituto de Ciência de Tóquio (Science Tokyo), Japão, desenvolveram uma bateria de hidrogénio que pode funcionar a temperaturas muito mais baixas, cerca de 90 °C. O estudo publicado na revista Science em 18 de setembro de 2025 foi realizado por uma equipa de investigação liderada pelo Cientista de Investigação Dr. Takashi Hirose, pelo Professor Assistente Naoki Matsui e pelo Professor do Instituto Ryoji Kanno no Centro de Investigação para Baterias de Estado Sólido na Science Tokyo.
"Demonstramos o funcionamento de uma bateria Mg-H2 como um dispositivo seguro e eficiente de armazenamento de energia de hidrogénio, alcançando uma elevada capacidade, baixa temperatura e absorção e libertação reversíveis de gás hidrogénio", afirma Matsui.
A novidade desta bateria reside no seu eletrólito sólido, Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85, que pode transportar iões de hidrogénio, especificamente iões hidreto (H-), de forma eficiente. Este material tem uma estrutura cristalina do tipo anti-α-AgI, bem conhecida pela sua condutividade superiónica. Nesta estrutura, o bário, o cálcio e o sódio ocupam posições centradas no corpo, enquanto os H- se movem através de sítios tetraédricos e octaédricos que partilham faces, permitindo-lhes migrar livremente. Os testes mostraram que o material tem uma elevada condutividade iónica à temperatura ambiente (2,1 × 10-5 S cm-1) e estabilidade eletroquímica, tornando o sistema eficaz para o armazenamento e libertação de hidrogénio a longo prazo.
A conceção da bateria utiliza o MgH2 como ânodo e o hidrogénio (H2) gasoso como cátodo. Durante o carregamento, o MgH2 liberta H-, que migra através do eletrólito Ba0.5Ca0.35Na0.15H1.85 para o elétrodo H2, onde é oxidado para libertar gás H2. Durante a descarga, ocorre o inverso: O gás H2 no cátodo é reduzido a H-, que se move através do eletrólito para o ânodo e reage com o Mg para formar MgH2.
Este processo permite que a célula armazene e liberte H2 quando necessário, tudo isto a temperaturas controláveis inferiores a 100 °C. Utilizando esta célula, os investigadores conseguiram atingir a capacidade teórica total de armazenamento de MgH2, cerca de 2 030 mAh g-1, equivalente a 7,6% em peso de H2, em ciclos repetidos.
Os métodos tradicionais de armazenamento de hidrogénio no estado sólido têm enfrentado grandes limitações. A absorção e a dessorção por ação do calor exigiam temperaturas de funcionamento muito elevadas, entre 300 e 400 °C, para libertar ou capturar o hidrogénio, o que tornava o processo intensivo em termos energéticos e impraticável para a utilização quotidiana. Uma abordagem alternativa que utilizasse o armazenamento eletroquímico com electrólitos líquidos a temperaturas mais baixas sofria de um transporte deficiente de iões de hidrogénio, o que significava que os materiais não conseguiam atingir nem perto das suas capacidades teóricas de armazenamento. Como resultado, ambas as abordagens não conseguiram fornecer uma solução eficiente, reversível e a baixa temperatura para o armazenamento de hidrogénio.
"Estas propriedades da nossa bateria de armazenamento de hidrogénio eram anteriormente inatingíveis através de métodos térmicos convencionais ou electrólitos líquidos, oferecendo uma base para sistemas eficientes de armazenamento de hidrogénio adequados para utilização como portadores de energia", explica Hirose.
Esta bateria poderá ser a chave para um futuro movido a hidrogénio, permitindo veículos movidos a hidrogénio e indústrias sem carbono.
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