Primeira célula a combustível microfluídica impressa em 3D é desenvolvida na UFMS
Mais importante revista internacional no que diz respeito a dispositivos miniaturizados, a renomada Lab on Chip acaba de publicar o trabalho “3D-printed glycerol microfluidic fuel cel” – Célula a combustível microfluídica impressa em 3D alimentada por glicerol, produzido pela doutoranda em Química Katia-Emiko Guima e pelo professor do Instituto de Física Cauê A. Martins.
Eles desenvolveram a primeira célula a combustível microfluídica impressa em 3D para conversão de glicerol em energia, em projeto de pesquisa financiado pela Fundect.
“Os conversores de energia do tipo células a combustível (CCs) são capazes de converter energia química em energia elétrica por meio de duas semi-reação, a eletro-oxidação de um combustível e a eletroredução de um oxidante. Essas CCs podem ser alimentadas por hidrogênio, o que acontece em veículos e motores estacionários, ou ainda podem ser alimentados por compostos orgânicos, como o glicerol”, explica o professor Cauê.
Glicerol é um coproduto que corresponde a 10% da produção total de biodiesel, de baixo valor e um álcool considerado com um potencial combustível para as CCs. Mas como sua estrutura orgânica é de difícil eletro-oxidação, o que diminui a eficiência do dispositivo, os pesquisadores utilizaram uma célula miniaturizada para conseguir utilizá-lo.
“Neste cenário, aparecem as células a combustível microfluídicas (µFC), que possuem o mesmo princípio de funcionamento das CCs, mas são miniaturizadas. As µFC podem ser configuradas de diferentes formas e ainda assim manter elevada eficiência, isso porque não contém membrana interna permeável a íons”, expõe o pesquisador.
As células a combustível microfluídicas podem ser utilizadas individualmente para qualquer dispositivo de baixa potência.
“Por exemplo, imagina utilizar um dispositivo de Point of Care para o diagnóstico de uma doença no meio da Amazônia. Não se tem energia, então nesse caso é possível passar alguns líquidos por dentro da µFC para gerar corrente elétrica e carregar aquele dispositivo. Então as µFCs servem para carregar qualquer dispositivo de baixa potência, se for utilizado sozinho ou outra possibilidade é escalar via scale out, usar vários desses em série para produzir alta potência, para partes de computadores, ou quaisquer sensores”, relata Cauê.
Em 2018, durante estágio de pós-doutoramento no Canadá, o professor Cauê desenvolveu uma célula a combustível microfluídica alimentada por glicerol com a maior potência já reportada (Chem. Commun., 2018,54, 192-195), um benchmarking até hoje não superado.
“Retornando ao Brasil, quis dar prosseguimento aqui sobre o que eu aprendi no Canadá, que é feito em poucas partes do mundo, mas não tínhamos os equipamentos para seguir com o trabalho, foi então que apareceu a inédita ideia de imprimir esses dispositivos. O glicerol foi utilizado nessas células impressas em 3D como prova-de-conceito, mas podemos utilizar outro combustível. A escolha foi estratégica por ser um co-produto da produção de biodiesel de valor muito baixo”, reporta.
A peça impressa em 3D é uma opção à construção de peças em dimetil polissiloxano (PDMS). “Conseguimos imprimir em 3D com alta resolução, contendo catalisadores porosos modificados com nanopartículas metálicas, em um processo muito mais rápido e mais barato que aquele empregado para construir células de PDMS, então a inovação é principalmente dada pela impressão em 3D desse dispositivo”, enfatiza o pesquisador.
O dispositivo impresso em 3D pode ser facilmente reproduzido com baixíssimo custo e produz elevada potência, a mais alta para qualquer dispositivo microfluídico alimentado por álcool.
Na sequência, o professor realiza estudos para utilizar a plataforma microfluídica para investigar novos nanomateriais candidatos a ânodos e cátodos nas mais diversas configurações.
O trabalho publicado na Lab on Chip, no último dia 27 de maio, já está disponível online [doi.org/10.1039/D0LC00351D].