A capacidade de armazenamento de energia das baterias, praticamente ilimitada, está dificultando seriamente a eletrificação de meios de transporte como aviões e trens. Agora, pesquisadores do MIT e de outras instituições propuseram uma nova solução — uma inovadora célula de combustível — que promete impulsionar o desenvolvimento da aviação elétrica.
Essa célula de combustível não é uma bateria tradicional; ela não precisa ser carregada, apenas reabastecida. Seu combustível é sódio metálico líquido, barato e abundante, com ar comum de um lado e um material cerâmico sólido como eletrólito no meio. Um eletrodo de ar poroso facilita a reação entre o sódio e o oxigênio para gerar eletricidade. Os pesquisadores demonstraram, usando um protótipo, que a densidade de energia por unidade de peso da célula de combustível é mais de três vezes maior que a das baterias de íon-lítio atuais para veículos elétricos. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista *Joule*, com autores como os doutorandos do MIT Karen Sugano e Sunil Mair, e o professor de ciência e engenharia de materiais Yet-Ming Chiang.
O professor Chiang, do Departamento de Ciência Cerâmica da Kyocera, afirmou que essa tecnologia tem potencial revolucionário e que, no setor da aviação, o aumento da densidade energética pode ser fundamental para a aplicação em larga escala de voos elétricos. Ele destacou que o limite de densidade energética necessário para viabilizar a aviação elétrica é de aproximadamente 1000 watts-hora por quilograma, valor muito inferior ao das baterias de íon-lítio dos veículos elétricos atuais. Atingir uma potência de 1000 watts por quilograma poderia viabilizar a aviação elétrica regional, representando cerca de 80% dos voos domésticos e 30% das emissões da aviação. Essa tecnologia também beneficiaria o transporte marítimo e ferroviário.
Nos últimos trinta anos, alcançar a recarregabilidade completa tem sido um desafio no desenvolvimento de baterias de lítio-ar ou sódio-ar. Pesquisadores agora substituíram as baterias por células de combustível, obtendo uma alta vantagem em densidade energética. Eles criaram dois protótipos de sistemas em escala laboratorial: uma bateria do tipo H e um modelo horizontal. Testes mostram que a densidade energética de uma única "chaminé" é próxima de 1700 watts-hora por quilograma, e o sistema completo ultrapassa 1000 watts-hora.
Os pesquisadores preveem que, quando aplicado a aeronaves, um conjunto de combustível contendo uma célula a combustível seria inserido, com sódio metálico fornecendo energia e realizando a conversão. Os subprodutos seriam emitidos pela seção da cauda, sem produzir dióxido de carbono. As emissões poderiam até absorver dióxido de carbono atmosférico e reduzir a acidez da água do mar. Além disso, esse novo tipo de célula a combustível é mais seguro, pois contém ar apenas de um lado, evitando a situação em que dois reagentes de alta concentração estejam em proximidade.
Atualmente, o dispositivo é um pequeno protótipo de célula única, mas o Professor Jiang afirmou que ele é facilmente escalável para uma escala prática de comercialização. A equipe de pesquisa fundou a Propel Aero para desenvolver essa tecnologia, e a empresa está sediada na incubadora de startups "The Engine" do MIT. Produzir sódio metálico suficiente para aplicações em larga escala é viável; o sódio, derivado principalmente do sal de cozinha, é abundante, amplamente distribuído e de fácil extração. A equipe idealiza um sistema que utilize um tanque de armazenamento recarregável, planejando inicialmente produzir uma célula de combustível do tamanho de um tijolo, com uma demonstração prevista para o próximo ano. Kanno afirmou que uma descoberta fundamental é a importância da água no processo de reação. Ganti-Agrawal destacou que a equipe integrou resultados de pesquisas de diversas subáreas da engenharia para alcançar uma melhoria significativa no desempenho. Esta pesquisa foi financiada pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada (ARPA) do Departamento de Energia dos EUA e utilizou as instalações do Centro de Nanotecnologia do MIT.
