Em um contexto de crescente demanda global por energia e uma iminente crise climática, com diversas partes explorando ativamente alternativas aos combustíveis fósseis, as células a combustível de óxido sólido (SOFCs), uma tecnologia altamente promissora, estão inaugurando uma nova oportunidade de desenvolvimento. Embora as SOFCs tradicionais sejam reconhecidas por sua alta eficiência e longa vida útil, elas são limitadas pela necessidade de temperaturas extremamente altas, de aproximadamente 700-800 °C, para operar normalmente, resultando em altos custos de sistema e dificultando sua aplicação em larga escala.
Pesquisadores da Universidade de Kyushu publicaram um artigo na Nature Materials, trazendo um grande avanço. Eles desenvolveram uma SOFC que pode operar eficientemente a 300 °C, reduzindo significativamente os custos e promovendo a pesquisa e a aplicação prática de SOFCs criogênicas. O eletrólito, componente central das SOFCs, é responsável por transportar íons de hidrogênio para gerar eletricidade nas células a combustível de hidrogênio, mas normalmente requer temperaturas extremamente altas para garantir o rápido movimento dos prótons para uma operação eficiente.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Professor Yoshihiro Yamazaki, da Plataforma Interdisciplinar de Pesquisa em Energia da Universidade de Kyushu, dedica-se a superar esse obstáculo. Os eletrólitos são compostos por átomos dispostos em uma estrutura cristalina. Os prótons movem-se através dos espaços entre os átomos. Há anos, os cientistas tentam aumentar a velocidade dos prótons adicionando dopantes químicos, mas enfrentam o desafio de aumentar o número de prótons móveis e, simultaneamente, obstruir a estrutura cristalina e desacelerar os prótons.
Essa equipe de pesquisa descobriu que o estanato de bário (BaSnO₃) e o titanato de bário (BaTiO₃), após serem dopados com uma alta concentração de escândio (Sc), atingem uma condutividade protônica superior a 0,01 S/cm a 300 °C, comparável à condutividade dos eletrólitos atuais das células a combustível de óxido sólido (SOFC) a 600-700 °C. Análises estruturais e simulações de dinâmica molecular mostram que os átomos de escândio formam uma "rodovia ScO₆" com os átomos de oxigênio circundantes, permitindo que os prótons se desloquem ao longo dessa rodovia com uma baixa barreira de migração, evitando problemas de captura de prótons. Dados de dinâmica da rede cristalina indicam que o BaSnO₃ e o BaTiO₃ são "mais macios" do que os materiais tradicionais para SOFCs, permitindo que absorvam mais escândio.
Essa conquista supera o antigo dilema entre aumentar a quantidade de dopantes e manter o rápido movimento iônico, oferecendo uma abordagem viável para SOFCs de temperatura média a preços acessíveis. Ela também pode ser aplicada a tecnologias como eletrolisadores de baixa temperatura e bombas de hidrogênio, contribuindo para a descarbonização e tornando a energia de hidrogênio acessível ao cotidiano.
