Cientistas da Universidade de Kyushu desenvolveram uma célula de combustível de óxido sólido que opera eficientemente a 300°C, uma redução significativa em relação aos típicos 700-800°C. Este avanço usa óxidos dopados com escândio para permitir transporte rápido de prótons sem entupimento da rede. A inovação pode reduzir custos e acelerar a adoção do poder do hidrogênio.
Células de combustível de óxido sólido (SOFCs) prometem geração de eletricidade eficiente e duradoura a partir de hidrogênio, produzindo apenas água como subproduto. No entanto, suas altas temperaturas de operação de 700-800°C exigem materiais resistentes ao calor, elevando os custos e limitando o uso generalizado.
Pesquisadores da Universidade de Kyushu enfrentaram esse desafio projetando eletrólitos que conduzem prótons rapidamente a apenas 300°C. Conforme relatado em Nature Materials, a equipe dopou estanato de bário (BaSnO3) e titanato de bário (BaTiO3) com altos níveis de escândio (Sc), alcançando condutividade protônica acima de 0,01 S/cm—comparável às SOFCs convencionais a 600-700°C.
O professor Yoshihiro Yamazaki, que liderou o estudo, explicou a inovação: «Reduzir a temperatura de trabalho para 300°C cortaria os custos de materiais e abriria portas para sistemas de nível de consumidor.» A chave está na rede cristalina: átomos de escândio formam uma 'rodovia ScO6' de oxigênios interligados, criando um caminho largo e de vibração suave que permite que os prótons se movam livremente sem ficarem presos.
Yamazaki observou o dilema anterior: «Adicionar dopantes químicos pode aumentar o número de prótons móveis que passam pelo eletrólito, mas geralmente entope a rede cristalina, desacelerando os prótons.» Análise estrutural e simulações confirmaram que esses óxidos 'mais macios' absorvem mais escândio do que materiais tradicionais, resolvendo o trade-off.
Este avanço não visa apenas SOFCs acessíveis, mas também se estende a eletrólisadores de baixa temperatura, bombas de hidrogênio e reatores de conversão de CO2. Yamazaki concluiu: «Nosso trabalho transforma um paradoxo científico de longa data em uma solução prática, aproximando o poder do hidrogênio acessível da vida cotidiana.»
Os achados aparecem no artigo da revista: Kota Tsujikawa et al., "Mitigating proton trapping in cubic perovskite oxides via ScO6 octahedral networks," Nature Materials, 2025; 24(12):1949, DOI: 10.1038/s41563-025-02311-w.