Informática de Materiais Aplica a Descoberta de Óxidos de Alta Entropia para Células a Combustível de Óxido Sólido

• Processo: 25/06024-6
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de agosto de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de agosto de 2028
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: James Moraes de Almeida
• Beneficiário: Arthur da Silva Sousa Santos
• Instituição Sede: Centro de Ciências Naturais e Humanas (CCNH). Universidade Federal do ABC (UFABC). Santo André , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 23/09820-2 - Design de materiais: dos materiais quânticos às aplicações em energia, AP.TEM
• Assunto(s): Aprendizado computacional Energia renovável Processamento de linguagem natural Oxirredução Teoria do funcional da densidade
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aprendizado de Máquina | energia limpa | Processamento de Linguagem Natural | Reação de Redução de Oxigênio | teoria do funcional da densidade | Informática de Materiais

Resumo

O desenvolvimento da tecnologia das células a combustível de óxido sólido (SOFCs, do inglês Solid Oxide Fuel Cells) revela um potencial promissor para a descarbonização de diversos setores. Do ponto de vista da independência energética em relação às fontes fósseis, o Brasil se destaca estrategicamente no cenário global e pode assumir um papel de liderança no futuro, desde que os desafios técnicos sejam superados. Isso se deve à abundância de recursos naturais e a uma matriz energética reconhecida como uma das mais limpas do mundo. As SOFCs se mostram aliadas às fontes de energia intermitentes, permitindo que, em períodos de alta disponibilidade de energia solar ou eólica, a energia elétrica gerada seja convertida em hidrogênio. Esse hidrogênio, por sua vez, pode ser utilizado para a geração de eletricidade por meio das SOFCs em momentos de baixa incidência de sol ou vento. Contudo, a disseminação dessa tecnologia no mercado brasileiro ainda enfrenta desafios significativos, sendo o principal deles o elevado custo de fabricação aliado à limitada vida útil dos dispositivos. Neste projeto de pesquisa, propõe-se investigar uma classe emergente de materiais avançados - os óxidos de alta entropia (HEOs, do inglês High Entropy Oxides) - com o objetivo de avaliar sua aplicabilidade em cátodos de SOFCs. A literatura aponta que esses materiais possuem características únicas, tornando-os promissores para aplicações em armazenamento e conversão de energia. Em razão dos efeitos associados à alta entropia, os HEOs podem tanto prolongar a vida útil dos cátodos quanto incrementar a atividade catalítica na reação de redução de oxigênio, principal determinante do desempenho do cátodo. Para enfrentar esses desafios complexos, propõe-se uma abordagem metodológica interdisciplinar. Inicialmente, grandes modelos de linguagem (LLMs, do inglês Large Language Models) serão utilizados para gerar, a partir do processamento de artigos científicos, uma base de dados contendo composições de HEOs e suas respectivas fases. Com essa base de dados pronta, modelos de classificação serão treinados e usados para realizar uma triagem de forma a discriminar as composições com maior potencial de formar a fase perovskita, que é a fase usualmente usada em cátodos de SOFC. Esse grupo de potenciais composições de perovskitas de alta entropia será explorado por meio de aprendizado ativo, o que envolverá cálculos de energia livre de Gibbs de adsorção de hidrogênio, que é o principal descritor de eficiência de um cátodo, por meio da Teoria do Funcional da Densidade (DFT, do inglês Density Functional Theory) e do modelo do eletrodo de hidrogênio computacional. As composições mais promissoras serão sintetizadas pela rota de reação no estado sólido e caracterizadas a partir de Espectroscopia de Impedância.