Células solares a combustível para produção de H2O2 e geração de eletricidade

Abstract

O desenvolvimento de células solares a combustível (PFCs) a partir de materiais acessíveis e que funcionem sem aplicação de potencial externo são de vasto interesse para diversificação da matriz energética com fontes de energia renovável. Além disso, esses dispositivos possibilitam o aproveitamento de diferentes tipos de águas residuárias promovendo dupla vantagem ambiental. À vista disso, nesse trabalho configurou-se dois tipos de PFCs que funcionassem sem aplicação de potencial empregando luz solar e a partir de óxidos metálicos de baixo custo, TiO2 ou BiVO4. A primeira PFC visou aproveitamento de compostos orgânicos ou inorgânicos para produção de H2O2: um importante produto químico que também pode ser aplicado como combustível. A segunda PFC objetivou a geração de eletricidade a partir do H2O2 como combustível. Os dois dispositivos aqui desenvolvidos apresentaram resultados de alta performance que conferem relevante progresso no desenvolvimento de células solares a combustível. A PFC para produção de H2O2 alcançou eficiência faradaica de 100% quando empregado eletrólito de NaHCO3 e fotoeletrodo de TiO2-CdS ou TiO2-CdSe. Essa eficiência é reportada pela primeira vez em fotocélula a combustível para produção de H2O2 utilizando TiO2. Já a PFC com oxidação de H2O2 empregou fotoeletrodos em configuração tandem com fotoeletrodos de W-BiVO4-V2O5 e Cu2O-CuO. Além de promover avanço pertinente em PFCs utilizando 2 absorvedores, a melhor fotocélula apresentou densidade de potência de 0.85 mW cm-2. Esse resultado é pelo menos 6 vezes mais alto que outros estudos reportados, e representa a maior potência alcançada para fotocélulas a combustível de H2O2. Além disso, também se avaliou o efeito de diferentes eletrólitos em relação ao desempenho e estabilidade da PFC, obtendo uma corrente estável de 3.4 mA cm-2.