O reconhecimento de que cargas elétricas estão presentes na atmosfera é bastante antigo, mas o famoso experimento com uma pipa, conduzido por Benjamin Franklin ainda no século 18, foi a prova segura de que cargas elétricas eram parte importante da atmosfera terrestre. Pesquisadores famosos como Faraday, Kelvin, Lenard e outros também mostraram que cargas elétricas eram formadas espontaneamente em muitos ambientes naturais e antrópicos, retroalimentado essas cargas da atmosfera. A partir desta constatação, uma pergunta formulada por esses e muitos outros pesquisadores ao longo dos anos foi bastante óbvia: podemos usar essas cargas, naturalmente presentes na atmosfera, de forma útil?
Apesar dos inúmeros esforços ao longo dos anos, a resposta só apareceu bem recentemente. Um trabalho de 2010 mostrou que alguns metais quando expostos à mudanças de umidade, funcionam como superfícies ácidas e outros materiais como superfícies básicas. Isto quer dizer que alguns materiais têm a habilidade de coletar cargas positivas ou negativas que estão naturalmente presentes na atmosfera, e isso depende da sua característica ácido-base de Brønsted-Lowry de superfície. Mesmo que este tenha sido um divisor de águas na área, chamada agora de higroeletricidade (eletricidade do vapor), metais sofrem corrosão e/ou se deterioram com facilidade dependendo da quantidade de vapor de água a que estão submetidos, o que limita bastante o seu uso para dispositivos higroelétricos.
Foi nesse contexto que o professor do Programa de Pós-Graduação em Química Thiago Burgo e sua aluna de doutorado Kelly Schneider Moreira desenvolveram um material sem partes metálicas para construir um dispositivo coletor de íons da atmosfera e gerar uma corrente elétrica útil. O material base é bastante simples: grafite esfoliado e papel Kraft, que diferentemente de dispositivos higroelétricos reportados recentemente na literatura, é não apenas sustentável como também facilmente escalonável, ou seja, pode ser produzido em grandes quantidades. O dispositivo consegue gerar uma tensão de 500 mV, mas essa tensão pode ser multiplicada associando dispositivos em série ou mesmo carregar capacitores ininterruptamente por mais de 9 mil ciclos. De fato, um diferencial é que este material consegue gerar corrente elétrica de forma contínua por dias, ao contrário de dispositivos recentes que somente conseguem gerar picos de corrente, menores que 50 segundos.
O desenvolvimento deste dispositivo e seus resultados foram recentemente aceitos para publicação na “Energy & Environmental Science (EES)”, que com um fator de impacto de 30.289 em 2019 (e 33.075 nos últimos 5 anos), é reconhecidamente uma das revistas mais importantes do mundo na área. O artigo “K. S. Moreira, D. Lerman, L. P. Santos, F. Galembeck and T. A. L. Burgo, Energy Environ. Sci., 2020, DOI: 10.1039/D0EE03111A.” conta ainda com uma ex-aluna do curso de Química Industrial da UFSM, Diana Lermen que foi aluna de iniciação do grupo e hoje faz mestrado no Instituto de Química da Unicamp, e tem participação do Grupo do professor Fernando Galembeck, também do IQ-Unicamp.
Esta é uma das linhas de pesquisa do Laboratório Coulomb de Eletrostática e Mecanoquímica (LCEM), coordenado pelo professor Thiago e o desenvolvimento desta “pilha higroelétrica” é o objetivo principal tese de doutorado da Kelly. O artigo já está disponível para download no site da Royal Society of Chemistry pelo link:
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/EE/D0EE03111A#!divAbstract
