Obrigado, enguias elétricas, sem vocês nossas baterias seriam uma droga

À medida que a necessidade mundial de grandes quantidades de energia portátil cresce a uma ritmo cada vez maiormuitos inovadores procuraram substituir a tecnologia atual de baterias por algo melhor.

físico italiano Alessandro Volta aproveitou os princípios eletroquímicos fundamentais quando inventou a primeira bateria em 1800. Essencialmente, a união física de dois materiais diferentes, geralmente metais, gera uma reação química que resulta no fluxo de elétrons de um subject matter para o outro. Esse fluxo de elétrons representa energia portátil que pode ser aproveitado para gerar energia.

Os primeiros materiais que as pessoas empregaram para fazer baterias foram o cobre e o zinco. As melhores baterias de hoje – aquelas que produzem a maior potência elétrica no menor tamanho possível – emparelhar o lítio metálico com um dos vários compostos metálicos diferentes. Houve melhorias constantes ao longo dos séculos, mas as baterias modernas contam com a mesma estratégia que a de Volta: emparelhar materiais que podem gerar uma reação eletroquímica e arrebatar os elétrons que são produzidos.

Mas como descrevo em meu livro “Spark: A Vida da Eletricidade e a Eletricidade da Vida”, mesmo antes de as baterias feitas pelo homem começarem a gerar corrente elétrica, peixes elétricos, como o peixe torpedo de água salgada (torpedo torpedo) do Mediterrâneo e especialmente as várias espécies de enguia elétrica de água doce da América do Sul (ordem Gymnotiformes) eram bem conhecidos por produzirem saídas elétricas de proporções impressionantes. De fato, os peixes elétricos inspiraram Volta a conduzir a pesquisa unique que acabou levando à sua bateria, e os cientistas de baterias de hoje ainda buscam ideias nesses animais eletrizantes.

Copiando o órgão elétrico da enguia

Antes da bateria de Volta, a única maneira de as pessoas gerarem eletricidade generation esfregar vários materiais, normalmente seda em vidro, e capturar a eletricidade estática resultante. Esta não generation uma maneira fácil nem prática de gerar energia elétrica útil.

Volta sabia que os peixes elétricos tinham um órgão interno especificamente dedicado à geração de eletricidade. Ele raciocinou que se ele pudesse imitar seu funcionamentoele pode ser capaz de encontrar uma nova maneira de gerar eletricidade.

O órgão elétrico de um peixe é composto de longas pilhas de células que se parecem muito com um rolo de moedas. Então Volta cortou discos semelhantes a moedas de folhas de vários materiais e começou a empilhá-los, em sequências diferentes, para ver se conseguia encontrar alguma combinação que produzisse eletricidade. Esses experimentos de empilhamento continuaram produzindo resultados negativos até que ele tentou emparelhar discos de cobre com zinco, enquanto separava os pares empilhados com discos de papel molhados com água salgada.

Essa sequência de cobre-zinco-papel fortuitamente produzia eletricidade, e a saída elétrica generation proporcional à altura da pilha. Volta pensou ter descoberto o segredo de como as enguias geram sua eletricidade e que na verdade ele havia produzido uma versão synthetic do órgão elétrico do peixe, então ele inicialmente chamou sua descoberta de “órgão elétrico synthetic”. Mas não foi.

O que realmente torna as enguias eletrizantes

Os cientistas agora sabem o reações eletroquímicas entre materiais diferentes que Volta descobriu não têm nada a ver com a forma como uma enguia elétrica gera sua eletricidade. Em vez disso, a enguia united states uma abordagem semelhante à maneira como nossas células nervosas geram seus sinais elétricos, mas em uma escala muito maior.

Células especializadas dentro do órgão elétrico da enguia bombeiam íons através de uma barreira de membrana semipermeável para produzir uma diferença de carga elétrica entre o internal e o external da membrana. Quando os portões microscópicos na membrana se abrem, o rápido fluxo de íons de um lado da membrana para o outro gera uma corrente elétrica. A enguia é capaz de abrir simultaneamente todos os seus portões de membrana à vontade para gerar um enorme choque de eletricidade, que ele libera de forma direcionada sobre sua presa.

As enguias elétricas não chocam suas presas até a morte; eles apenas atordoar eletricamente isso antes de atacar. Uma enguia pode gerar centenas de volts de eletricidade (as tomadas domésticas americanas são de 110 volts), mas a tensão da enguia não fornece corrente suficiente (amperagem), por pace suficiente, para matar. Cada pulso elétrico de uma enguia dura apenas alguns milésimos de segundo e fornece menos de 1 amp. Isso é apenas 5% da amperagem doméstica.

Isso é semelhante ao funcionamento das cercas elétricas, fornecendo pulsos muito curtos de eletricidade de alta tensão, mas com amperagem muito baixa. Eles, portanto, chocam, mas não matam ursos ou outros animais intrusos que tentam passar por eles. Também é semelhante a um moderno Arma de eletrochoque Taserque funciona fornecendo rapidamente um pulso de tensão extremamente alta (cerca de 50.000 volts) com uma amperagem muito baixa (apenas alguns miliampères).

Tentativas modernas de imitar a enguia

Como Volta, alguns cientistas elétricos modernos que buscam transformar a tecnologia de baterias encontram sua inspiração nas enguias elétricas.

Uma equipe de cientistas dos Estados Unidos e da Suíça está atualmente trabalhando em um novo tipo de bateria inspirada nas enguias. Eles imaginam que sua bateria macia e flexível pode um dia ser útil para alimentar implantes médicos e robôs macios internamente. Mas a equipe admite que tem um longo caminho a percorrer. “Os órgãos elétricos das enguias são incrivelmente sofisticados; eles são muito melhores na geração de energia do que nós”, lamentou Michael Mayer, um membro da equipe da Universidade de Friburgo. Assim, a pesquisa da enguia continua.

Em 2019, o Prêmio Nobel de Química foi concedido aos três cientistas que desenvolveu a bateria de iões de lítio. Ao conferir o prêmio, a Actual Academia Sueca de Ciências afirmou que o trabalho dos premiados tinha “lançou as bases de uma sociedade sem fio e livre de combustíveis fósseis.”

A parte “sem fio” é definitivamente verdadeira, já que as baterias de íons de lítio agora alimentam praticamente todos os dispositivos sem fio portáteis. Teremos que esperar para ver a alegação de “sociedade livre de combustível fóssil”, porque as baterias de íons de lítio de hoje são recarregadas com eletricidade geralmente gerada pela queima de combustíveis fósseis. Nenhuma menção foi feita às contribuições das enguias elétricas.