Ponte de elétrons


Quarta-feira, 29 de outubro de 2014, às 13h

Por Marcos de Oliveira

Revista Pesquisa FAPESP – O grafeno pode duplicar a produção de energia elétrica em biocélulas a combustível, como demonstrou um grupo de pesquisadores do Instituto de Química de São Carlos (IQSC) da Universidade de São Paulo (USP) e da Universidade Federal do ABC (UFABC), em Santo André, na Região Metropolitana de São Paulo. Descoberto em 2004 por Andre Geim e Konstantin Novoselov, da Universidade de Manchester, na Inglaterra, o grafeno, além de render o Prêmio Nobel de Física aos dois pesquisadores pelos experimentos realizados, provocou uma corrida mundial em busca da utilização desse novo material caracterizado por ser uma folha de carbono com espessura atômica e detentor de propriedades elétricas, mecânicas e ópticas.

 

Fibra flexível de carbono utilizada nos eletrodos. Foto: Frank Crespilho/USP

Fibra flexível de carbono utilizada nos eletrodos. Foto: Frank Crespilho/USP

 

Os pesquisadores brasileiros, sob a liderança do professor Frank Crespilho, do IQSC-USP, mostraram no artigo de capa da edição de setembro da revista Physical Chemistry Chemical Physics que folhas de óxido de grafeno presas em fibras flexíveis de carbono facilitam a transferência de elétrons em biocélulas a combustível, dispositivos que convertem energia química em energia elétrica com a ajuda de enzimas e podem ter como combustível, por exemplo, a glicose existente no sangue para suprir de eletricidade marca-passos ou dispensadores subcutâneos de medicamentos.

As biocélulas são uma fonte de energia alternativa ainda restrita a laboratórios. As biocélulas desenvolvidas em São Carlos são semelhantes a baterias e possuem dois eletrodos de fibra de carbono flexível, o cátodo, o polo positivo, e o ânodo, negativo. Elas são uma das mais recentes novidades em estudos no campo das fontes energéticas. Uma das opções de combustível para esse dispositivo é o uso da garapa, o caldo de cana repleto de açúcares.

As biocélulas podem ter tamanho microscópico ou serem maiores, do tamanho de pequenas caixas plásticas que podem receber a garapa para gerar eletricidade e recarregar baterias de celulares, tabletsou até notebooks. Uma célula pode fornecer uma tensão elétrica um pouco maior que 1,0 volt (uma pilha do tipo AA, por exemplo, tem 1,5 volt).

O grupo de Crespilho já trabalha com esses equipamentos desde 2010 (ver Pesquisa FAPESP nºs 182 e 205). Pensando em melhorar o desempenho elétrico desses dispositivos, os pesquisadores colocaram folhas de óxido de grafeno entre o eletrodo e a enzima glicose oxidase. Com isso, a transferência de elétrons para a célula aumentou em pelo menos duas vezes, o que representa o dobro de produção de eletricidade.

O processo de liberação de elétrons ocorre pela oxidação da glicose, que acontece na superfície do ânodo, onde é colocada a enzima glicose oxidase produzida a partir do fungo Aspergillus niger. Com isso, os elétrons são transferidos para a superfície do eletrodo da biocélula que os utiliza como eletricidade. Esse fluxo de elétrons passa para o outro eletrodo, o cátodo, onde o oxigênio é reduzido. O processo conhecido como oxirredução se refere à oxidação (perda de elétrons) da glicose e redução (ganho de elétrons) do oxigênio, ambos dissolvidos no sangue.

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Autor: alotatuape

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