Supercapacitores começam a desafiar as baterias

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/01/2021

O material híbrido de cerâmica metálica e grafeno superou todos os supercapacitores anteriores por uma larga margem.
[Imagem: J. Kolleboyina/IITJ]

Baterias versus supercapacitores

O armazenamento de energia normalmente é associado a baterias e acumuladores, que fornecem energia para aparelhos eletrônicos e veículos.

Porém, em laptops, câmeras, celulares ou veículos, os supercapacitores estão aparecendo cada vez mais como opções - e essas opções logo poderão superar as vantagens das baterias.

Engenheiros alemães acabam de desenvolver um novo material híbrido à base de grafeno para supercapacitores. Sustentável e de alta capacidade, o material serve como eletrodo positivo no dispositivo de armazenamento de energia, combinado com um eletrodo negativo já conhecido e de funcionamento comprovado, à base de titânio e carbono.

O novo dispositivo de armazenamento de energia não só atinge uma densidade de energia de até 73 Wh/kg, que é aproximadamente equivalente à densidade de energia de uma bateria de hidreto metálico de níquel, como também tem um desempenho muito melhor do que a maioria dos outros supercapacitores, alcançando uma densidade de potência de 16 kW/kg.

O segredo do novo supercapacitor está na combinação de diferentes materiais, o que leva os químicos a chamarem essa nova classe de "supercapacitor assimétrico".

Supercapacitor de alta eficiência

Ao contrário das baterias, os supercapacitores podem armazenar rapidamente grandes quantidades de energia e descarregá-la com a mesma rapidez.

O material é renovável e sustentável, garantem os pesquisadores.
[Imagem: J. Kolleboyina/IITJ]

No entanto, eles sofrem com uma histórica baixa densidade de energia. Enquanto as baterias de lítio atingem uma densidade de energia de até 265 KW/h, os supercapacitores até agora têm fornecido apenas um décimo disso.

É aí que entra a nova estratégia baseada na utilização de materiais híbridos. O novo eletrodo positivo de grafeno quimicamente modificado é combinado com uma estrutura metal-orgânica nanoestruturada, conhecida como MOF.

"O alto desempenho do material é baseado na combinação de MOFs microporosos com o ácido condutor de grafeno," explica Jayaramulu Kolleboyina, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha.

O material híbrido resultante dessa combinação tem uma superfície interna de até 900 metros quadrados por grama. Uma grande área superficial é importante porque permite a coleta de um número maior de portadores de carga, os elétrons - este é o princípio básico para o armazenamento de energia elétrica.

E a conexão estável entre os componentes nanoestruturados tem grandes vantagens em termos de estabilidade de longo prazo: Enquanto um acumulador de lítio clássico tem uma vida útil de cerca de 5.000 ciclos de carga e descarga, a nova célula retém cerca de 90% da capacidade mesmo após 10.000 ciclos.

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