O grafeno tem sido objeto de programas de pesquisa em várias instituições acadêmicas em todo o mundo no que diz respeito aos benefícios para a energia renovável. O material é basicamente uma camada única de átomos de carbono dispostos numa estrutura de treliça que faz com que seja 10 vezes mais forte do que o aço, porém 1000 vezes mais leve do que uma folha de papel . Ele tem um grande potencial para o desenvolvimento de componentes elétricos, gadgets, energia, defesa e tratamento de água.
No que diz respeito aos potenciais benefícios para as energias renováveis, os pesquisadores descobriram que ele pode armazenar energia melhor do que o grafite, o que significa que ele pode ser usado para armazenamento de energia da bateria e/ou em células de combustível. Ele também pode ser usado para desenvolver revestimentos anti-reflexão de células solares.
Mais recentemente, pesquisadores da Ocean University of China, em Qingdao descobriram que o grafeno pode também ajudar a gerar energia a partir de gotas de chuva. Ele pode conseguir isto porque a chuva não são inteiramente constituídas por água, elas também contém uma série de sais que pode ser dividida em íons positivos e negativos. Isto por sua vez significa que uma reação química simples pode ser usada para explorar a energia, usando grafeno para separar os íons carregados positivamente, que inclui sódio, cálcio e amônio, a fim de gerar eletricidade. Normalmente, quando uma gota de chuva fica na superfície de um painel solar, os vários sais que estão na gota pode gerar um número de cargas desequilibradas. Os elétrons de ligação com íons carregados positivamente criam um efeito conhecido como a interação ácido-base de Lewis.
Na teoria, uma vez que, embora os painéis solares ainda geram energia em dias nublados, a quantidade de energia gerada é menor do que em dias de sol, se os pesquisadores podem desenvolver uma célula solar para todos os climas que gera eletricidade a partir da chuva, por exemplo, esta seria de grande ajuda para impulsionar a eficiência do painel de energia solar atual.
Os testes ainda estão em estágio inicial, mas os resultados têm sido promissores. Os pesquisadores conseguiram gerar centenas de microvolts durante a pesquisa, alcançando 6,53 de eficiência de conversão de energia solar-elétrica a partir de um painel solar personalizado. O processo envolveu a adição de uma camada de grafeno em uma célula solar sensibilizada, que foi então colocada sobre um suporte transparente de óxido indium, estanho e plástico. Isso permitiu a célula gerar energia tanto do sol, quanto da chuva.
Em essência, o que acontece é que os íons positivos se ligam ao grafeno formando uma camada dupla conhecida como um pseudocapacitor. A diferença de energia entre as duas camadas pode ser usada para gerar uma corrente elétrica. O problema é que os íons estão presentes em baixas concentrações nos pingos de chuva, por isso não é uma questão sobre como gerar eletricidade suficiente de baixas concentrações. Os pesquisadores estão agora trabalhando sobre a forma de como a tecnologia pode resolver a variedade de íons encontrados na chuva.
Outras formas de utilização do grafeno para aumentar a quantidade de energia renovável a partir da energia solar incluem a criação de um material que pode absorver o calor ambiente e luz.
O estudo atual está disponível na revista Angewandte Chemie
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