quarta-feira, 31 de agosto de 2016

Baterias "Íons de Zinco" uma novidade tecnológica...

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 A Revista Eletônica Inovação Tecnológica trouxe  na sua 

 publicação de 30/08/2016 este artigo:

Bateria de zinco armazena 450 watts/h por litro


Bateria de íons de zinco
Químicos da Universidade de Waterloo, no Canadá, 
desenvolveram uma bateria de íons de zinco que é 
segura, barata e durável.
Com base no preço dos materiais utilizados, ela 
tem potencial para custar metade do preço das 
baterias de íons de lítio, apresentando uma 
durabilidade nunca antes alcançada por dispositivos 
do seu tipo.
Em vez do lítio, a bateria usa zinco, um material 
muito mais abundante e mais barato, além de 
eliminar compostos tóxicos e inflamáveis.
Esquema de funcionamento da bateria de íons de zinco. [Imagem: Dipan Kundu et al. - 10.1038/nenergy.2016.119]
Intercalação
A bateria usa materiais seguros, sais à base de 
água não-inflamáveis, não tóxicos e com um pH 
neutro.
Ela é formada por um eletrólito à base de água, um 
eletrodo positivo de óxido de vanádio e um 
eletrodo negativo de zinco metálico.
A bateria gera eletricidade através de um processo 
reversível chamado intercalação, no qual íons de 
zinco carregados positivamente são oxidados no 
eletrodo negativo de zinco metálico, viajam através 
do eletrólito e se inserem entre as camadas de 
óxido de vanádio. Isto gera um fluxo de elétrons no
circuito externo, criando uma corrente elétrica. 
Durante o carregamento, ocorre o processo inverso.
As baterias de lítio também operam por 
intercalação - de íons de lítio - mas elas usam 
materiais flamáveis e mais caros.

Quatro critérios
Segundo Dipan Kundu e seus colegas, seu 
protótipo representa a primeira demonstração da 
intercalação de íons de zinco em um material de 
estado sólido que satisfaz quatro critérios 
essenciais: alta reversibilidade, taxa de carga e 
descarga e capacidade adequadas e não formação 
de dendritos de zinco.
No estágio atual, a bateria suportou mais de 1.000 
ciclos de carga e descarga com retenção de 80% 
da capacidade e uma densidade de energia de 450 
watts-hora por litro de solução.

Artigo anterior da mesma revista sobre a 
pesquiza com o uso do Zinco:

Em 12/06/2013 com o título;

Bateria recarregável de zinco-ar de alta eficiência e baixo custo


Cientistas da Universidade de Stanford deram um 
passo importante no desenvolvimento de uma 
bateria de zinco-ar.
Os resultados poderão levar ao desenvolvimento de 
uma alternativa mais barata e mais eficiente para 
as baterias de íons de lítio utilizadas hoje.
Protótipo da nova bateria, um projeto de pesquisa financiado pela Intel. [Imagem: Li et al./NComms]
Bateria de zinco-ar
Baterias de zinco-ar combinam o oxigênio 
atmosférico e o metal zinco em um eletrólito 
alcalino líquido, gerando eletricidade com um 
subproduto do óxido de zinco produzido na reação.
Quando o processo é revertido durante a recarga, 
são produzidos novamente oxigênio e zinco.
"Com a ampla oferta de oxigênio na atmosfera, as 
baterias de metal-ar têm uma densidade teórica de 
energia drasticamente maior do que qualquer 
bateria aquosa tradicional, ou que as baterias de 
íons de lítio. Entre elas, a zinco-ar é técnica e 
economicamente a opção mais viável," disse 
Hongjie Dai, coordenador da equipe.
Outras vantagens dessas baterias incluem a abundância e o baixo custo dos metais utilizados, todos bem mais baratos do que o lítio, e o fato de que os eletrólitos não são inflamáveis, tornando as baterias muito seguras.
Bateria recarregável de óxido de zinco em uma configuração tri-eletrodo com catalisadores de nanotubos de carbono/óxido de cobalto e hidróxido ferro-níquel para carga e descarga, respectivamente. [Imagem: Yanguang Li/Stanford University]

Eletrocatalisadores
Já existem baterias de zinco-ar no mercado, mas elas não 
são recarregáveis e não conseguem armazenar muita 
energia.
O grande desafio tem sido desenvolver versões 
recarregáveis - que geralmente exigem catalisadores 
caros, como a platina - e aumentar a vida útil dos 
eletrodos de zinco.
Para isso, são necessários eletrocatalisadores ativos e 
duráveis para catalisar a reação do oxigênio - de redução 
durante a descarga e de evolução durante a recarga.
Foi justamente aí que Yanguang Li conseguiu seu avanço, 
dispensando a platina e o irídio, normalmente utilizados 
nos protótipos de baterias zinco-ar recarregáveis.
"A combinação de um catalisador híbrido de ar e óxido de 
cobalto para a redução do oxigênio, e um catalisador 
híbrido ar hidróxido de níquel-ferro para a evolução do 
oxigênio resultou em uma eficiência energética recorde 
para uma bateria de zinco-ar, com uma densidade de 
energia específica mais de duas vezes superior à da 
tecnologia de íons de lítio," resumiu o pesquisador.
Bibliografia:

Advanced zinc-air batteries based on high-performance hybrid electrocatalysts
Yanguang Li, Ming Gong, Yongye Liang, Ju Feng, Ji-Eun Kim, Hailiang Wang, Guosong Hong, Bo Zhang, Hongjie Dai
Nature Communications
Vol.: 4, Article number: 1805
DOI: 10.1038/ncomms2812
Fontes:

J.A.
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sexta-feira, 12 de agosto de 2016

Missão EXO MAR da ESA e agência russa Roscosmos se aproxima do planeta vermelho.

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 O G1-Ciência, publicou um artigo sobre esta missão da ESA 

 conjunta com a Agencia Russa Roscosmos com o título ;

 -  Expresso marciano, faz um relato dos objetivos da missão.
Anote aí, dia nove de outubro, mais uma nave chega a Marte. Dessa vez, trata-se de uma inciativa da agência espacial europeia, a ESA, e a agência russa, a Roscosmos. Depois de um hiato de mais de 20 anos, a Rússia até que tentou uma missão ambiciosa para estudar Marte, fazendo pousar uma sonda em Fobos, uma das luas do planeta, para coletar uma amostra do solo e depois trazê-la de volta à Terra. Infelizmente a missão Fobos-Grunt falhou, depois de um lançamento bem sucedido, a sonda não conseguiu sair da órbita da Terra e depois de um mês, caiu no Oceano Pacífico, segundo fontes oficiais. Mas, segundo uma agência não governamental russa, a sonda teria se despedaçado sobre o estado de Goiás, mas ninguém confirma. O fato é que depois desse evento, a Rússia se associou à ESA e ambas planejaram um programa ambicioso de pesquisa de Marte, a ExoMars, com missões em 2016 e 2020.
Fonte: 

 http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/blog/observatorio/

 A ESA publicou uma correção de rota em 28 de julho de 2016.


Após uma longa queima de seu poderoso motor , esta manhã, ExoMars Traço Gas Orbiter da ESA está a caminho de chegar ao planeta vermelho em outubro. Ela fez sua primeira manobra crítica desde 14 de Março, data do seu lançamento ,disparando seu motor por 52 minutos para ajudar a interceptar Marte para uma aproximação final em 19 de Outubro.
 ExoMars , uma missão conjunta com a Roscosmos da Rússia , foi lançado em 14 de março e já viajou mais de meio caminho de sua jornada cerca de 500 milhões km.
A ExoMars Traço Gas Orbiter , TGO , está levando dispositivos para a entrada , descida e pouso manifestante Schiaparelli .
 Após a chegada, Schiaparelli irá testar a tecnologia necessária para o rover 2020 para fazer uma aterrissagem controlada, enquanto seu Orbitador pai, em uma órbita elíptica em torno de Marte .


Nos meses seguintes , TGO vai rastrear e mapear os confins da atmosfera para reduzir a sua órbita . Sua órbita circular final a cerca de 400 km de altitude lhe permitirá começar a sua missão científica de cinco anos em Dezembro de 2017. TGO analisar gases raros na atmosfera do planeta , especialmente metano , que na Terra pode indicar tanto processos geológicos ou biológicos ativos.

A manobra foi acompanhada de perto pelo controle da missão da ESA em Darmstadt , na Alemanha, que seguiram os sinais da sonda através do prato de rádio altamente sensíveis em New Norcia , Austrália. " O motor dispõe sobre a mesma força que o necessário para levantar um peso de 45 kg em um estúdio de fitness, e funcionou por cerca de 52 minutos, então isso é um impulso bastante significativo ", diz Silvia Sangiorgi , gerente de operações vice nave espacial . O disparo foi planejado com bastante antecedência , e sua duração foi cuidadosamente calculado para minimizar o consumo de combustível para o conjunto global de manobras de cruzeiro e de captura de Marte. Estes incluem uma queimadura de segundo em 11 de agosto e menores manobras ' trim' em 19 de Setembro e 14 de Outubro .

Fonte :


O G1 - Ciência ainda finaliza com informações sobre os dispositivos de descida do robô.


A sonda deve começar a sua descida a 20.000 km/h e entra na atmosfera marciana protegida por um escudo térmico. A sonda deve desacelerar, mas não o suficiente para o pouso e então 2 paraquedas devem ser acionados em sequência, mas nem isso deve ser o suficiente. Nessa fase, um radar vai escanear o chão à procura de rochas ou crateras que possam estragar o pouso e nos estágios finais um retrofoguete será disparado para reduzir a velocidade de queda, mas também para evitar qualquer obstáculo. Finalmente, pernas articuladas vão se esticar da plataforma para garantir o pouso. Emocionante, não? A NASA fez coisa parecida com o jipe Curiosity e de tão complicada, a sequência de pouso ficou conhecida como “7 minutos de terror”. Isso com a NASA toda poderosa, que consegue pousar sondas em Marte desde 1976, agora imagina a ESA que nunca fez isso, somada à Roscosmos que, quando tentou, falhou?

Para ganhar experiência, a ESA bolou a ExoMars 2016, uma missão para testar os procedimentos da missão de 2020. A missão atual não tem um jipe, mas tem um módulo de pouso, chamado Schiaparelli, que vai executar as manobras de entrada na atmosfera e o pouso suave. Depois, a Schiaparelli vai permanecer estudando as condições meteorológicas do local do pouso além de tomar medidas do campo elétrico e da quantidade de partículas de poeira na superfície, até que suas baterias se esgotem depois de uns 5 dias.

Além da Schiaparelli, a missão 2016 vai colocar um módulo orbitador que, a 400 km de altura, vai estudar a atmosfera marciana, mas também vai servir de ponte de comunicação entre a Schiaparelli e a Terra. O orbitador vai ficar operando até que a missão de 2020 aconteça.

E qual a situação da missão 2016? Ela está quase lá. No final de julho a sonda disparou seus foguetes para ganhar velocidade e reajustar sua trajetória, ontem disparou novamente para fazer pequenas correções, de modo que no dia 19 de outubro a Schiaparelli pouse com segurança. Mas antes disso, dia 9, o controle da missão na Itália vai retomar as comunicações com a sonda para fazer o upload das instruções. A separação da Schiaparelli do módulo orbital, por exemplo, acontece 3 dias antes do pouso.

Tomara que tudo dê certo, não só pela missão em si, mas também para quebrar o “monopólio” da NASA sobre Marte. Não que ela esteja escondendo alguma coisa, mas é sempre bom ter mais gente envolvida na pesquisa para enriquecer a discussão.

http://g1.globo.com/ciencia-e-saude/blog/observatorio/


As equipes têm usado a fase de cruzeiro relativamente calma para testar sistemas da nave espacial , incluindo o lander ( Jeep) Schiaparelli e a unidade de rádio que será usado para transmitir dados de sondas em Marte , e para verificar quatro instrumentos científicos de TGO , segundo a ESA.


Vem aí mais uma missão da humanida em explorar seu sistema solar.

Fontes:




J.A.

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quarta-feira, 3 de agosto de 2016

Natureza inspira a Engenharia e Arquitetura.

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 É a ciência imitando a natureza em prol de maior segurança, custos e inovações.
 Escolhemos três assuntos  neste tema.

 O Primeiro:

Pontes e viadutos que imitam natureza podem ser indestrutíveis

Geração de forma
A professora Wanda Lewis, da Universidade de 
Warwick, no Reino Unido, levou ao próximo nível 
um processo de design inspirado no mundo natural.

Um nível que promete nada menos que uma nova 
geração de pontes, viadutos e outras estruturas 
virtualmente indestrutíveis.
O processo de design é conhecido como "busca pela
 forma", ou "geração de forma" (form-finding). Ele 
permite a concepção de estruturas rígidas que 
seguem uma forma natural, ou seja, estruturas que 
são sustentadas por uma força pura de compressão 
ou tensão, sem tensões de flexão, que são os 
principais pontos de fraqueza nas estruturas feitas 
pelo homem.
Essa técnica poderá, pela primeira vez, viabilizar o 
projeto de pontes e edifícios que arquem com 
qualquer combinação de carga permanente sem 
gerar tensões complexas, o que lhes daria maior 
segurança e maior durabilidade.
Estruturas projetadas pela natureza
A estrutura de uma árvore ou mesmo de uma 
folha, a curvatura de uma concha, a forma como 
um filme de sabão se sustenta em grandes vãos, 
são todos exemplos de projetos naturais de grande 
eficiência e resistência.
A professora Lewis desenvolveu agora modelos 
matemáticos que analisam esses princípios da 
natureza e geram padrões de estresse simples para 
cada estrutura. Os princípios que sustentam os 
modelos matemáticos são ilustrados usando 
experimentos de "geração de forma" que envolvem 
peças de tecido ou correntes.

Um pedaço de tecido, por exemplo, é suspenso e 
então relaxa na sua forma natural de energia 
mínima, puxado apenas pela gravidade. Em 
seguida, sua forma final é congelada em um objeto 
rígido, e então invertido. Isto produz uma forma 
natural - gerada unicamente pela ação da 
gravidade - que pode suportar cargas com grande 
eficiência.
Estética arquitetônica
Talvez não saia ao gosto dos olhos dos arquitetos, 
mas as formas resultantes têm uma resistência que
 não encontra equivalentes nos conceitos de 
engenharia convencionais.

"A estética é um aspecto importante de qualquer 
projeto, e nós fomos programados para ver algumas
 formas, como arcos circulares ou cúpulas esféricas,
 como estéticas. Nós frequentemente as 
construímos independentemente do fato de que 
elas geram tensões complexas, e são, portanto, 
estruturalmente ineficientes," defende Lewis.


Coco ajuda a projetar edifícios antiterremoto

Duro na queda
Engenheiros e cientistas dos materiais da 
Universidade de Freiburg, na Alemanha, juntaram-
se para tentar explorar a estrutura natural do coco 
em benefício da arquitetura e da construção civil.
Coqueiros podem ter 30 metros de altura, o que 
significa que, quando os cocos maduros caem no 
chão, suas paredes têm de suportar o impacto para 
que eles não rachem.
Para proteger a semente lá dentro, o coco tem uma 
estrutura complexa formada por três camadas 
principais: a casca externa que lembra a estrutura 
do couro, um mesocarpo fibroso e um resistente 
endocarpo interno em torno da polpa que contém a 
plântula em desenvolvimento.

"Analisando o comportamento de fratura das 
amostras e combinando isso com o conhecimento 
sobre a anatomia da casca obtida por microscopia e 
tomografia computadorizada, estamos identificando 
as estruturas mecanicamente relevantes para 
absorção de energia," explicou Stefanie Schmier, 
membro da equipe.
Desvio das fraturas
Os dados revelaram que, dentro do endocarpo - 
que consiste principalmente de células altamente 
lignificadas - os vasos que compõem o sistema 
vascular do fruto têm um design diferente, 
parecido com uma escada, responsável por 
suportar as forças de flexão.
Cada célula é rodeada por diversos anéis 
lignificados, unidos por pontes paralelas - a lignina 
é uma molécula associada à celulose na parede 
celular para dar rigidez aos tecidos vegetais.

A equipe acredita que é o ângulo desses vasculares 
que ajuda a "desviar" a trajetória das fissuras - 
quanto mais tempo uma rachadura tem que viajar 
para dentro do endocarpo, mais provável é que ela 
vai parar antes de chegar ao outro lado.
Prédios antiterremoto
A equipe acredita que essa angulação especial dos 
feixes vasculares no endocarpo do coco pode ser 
aplicada ao arranjo de fibras têxteis no interior do 
concreto para permitir a deflexão de fendas e 
rachaduras, evitando o colapso da estrutura.
"Esta combinação de uma estrutura leve com uma 
elevada capacidade de dissipação de energia é de 
interesse crescente para proteger edifícios contra 
terremotos, quedas de rochas e outros perigos 
naturais ou provocados pelo homem", disse 
Stefanie.

Bambu para toda obra

Olhos para o bambu
Para muitos agricultores brasileiros, deparar-se com
 uma moita de bambu no seu terreno costuma ser 
má notícia. A planta da subfamíliaBambusoideae é 
conhecida pela capacidade de se espalhar 
rapidamente, assim como por sua resistência ao 
roçado.
Mas é possível que, nos próximos anos, a má-fama 
dê lugar a uma imagem favorável. É que estudos 
sobre o uso comercial do bambu estão se 
multiplicando no mundo todo. É o caso das 
pesquisas desenvolvidas pela professora Juliana 
Cortez Barbosa, da Unesp (Universidade Estadual 
Paulista).
Juliana acaba de receber a patente para um 
método que aproveita o bambu para reforçar 
placas feitas de outras madeiras, o que permite seu 
uso para fazer pisos e móveis.
Painéis EGP com bambu
A pesquisa permitiu a produção de um compósito - 
um material feito a partir da combinação de 
diferentes elementos - que alia o bambu à madeira
 reflorestada de pinus.
O pinus é abundante e comumente usado na 
confecção de painéis do tipo EGP (Edge Glued 
Panel). Também conhecido como painel de colagem 
lateral ou painel de sarrafo, o EGP é feito de 
lâminas coladas lateralmente, e bastante utilizado 
em projetos arquitetônicos e na fabricação de 
móveis.
O pinus tem pouquíssima resistência mecânica, 
mas os testes mostraram o poder da sua 
combinação com o bambu.
"Os resultados mostraram que a resistência 
mecânica do EGP cresceu entre 100% e 200%," 
conta Juliana. Também houve uma grande melhoria 
na propriedade conhecida como rigidez superficial: 
dos cerca de 50 g/cm2 que são comumente 
encontrados no pinus, chegou-se a cerca de 90 
g/cm2.

Esta casa totalmente feita de bambu foi construída por pesquisadores norte-americanos para demonstrar o potencial do material. [Imagem: USC]

Só para comparar, a densidade obtida pela dupla 
pinus-bambu é semelhante àquela encontrada em 
madeiras de lei como a tatajuba e a garapa, 
utilizadas em marcenarias, na construção naval e na
fabricação de itens de construção civil como vigas, 
caibros e assoalhos.
O segredo para tamanha solidez é a proporção 
entre pinus e bambu. "Na verdade o compósito 
patenteado é quase todo de bambu", diz Juliana. 
"Só que uma parte dele está em lâminas, e outra é 
feita de material particulado."


Pisos de bambu
Hoje, já existem pisos de bambu disponíveis no mercado 
brasileiro. São tão valorizados por sua beleza e resistência 
que custam até R$ 250 por m2, e são importados.
O que não deixa de ser paradoxal, uma vez que no 
sudoeste da Amazônia existem 160 mil km2 de florestas 
conhecidas como tabocais, onde a ocorrência da planta é 
grande. Só no Acre, os tabocais recobrem 38% de todo o 
território.
Em países como a China e a Colômbia, erguem-se casas 
e até edifícios de vários andares usando o bambu na 
estrutura. Mas Brasil ainda carece até mesmo de 
maquinário especializado para lidar com o bambu.
"Não há oferta comercial de máquinas. As duas que 
usamos na universidade foram produzidas especialmente 
para nossos projetos," conta Juliana, acrescentando que o 
ideal seria também contar com plantios específicos, que 
forneçam bambu apenas para atividade econômica.
Fonte:

J.A.
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