A descoberta do armazenamento de energia resolve o problema do carregamento rápido
Eléctrodos personalizados feitos de material orgânico evitam a decomposição química a altas tensões
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Os condensadores electroquímicos, frequentemente designados por supercapacitores, são os velocistas do mundo da energia. Carregam instantaneamente e fornecem enormes explosões de energia a pedido. A desvantagem, no entanto, é a sua falta de resistência: não conseguem armazenar muita energia total e tendem a perder rapidamente a carga quando estão inactivos. Embora os engenheiros saibam que aumentar a tensão de funcionamento pode resolver o problema da densidade energética, fazê-lo quase sempre faz com que o banho químico interno (o eletrólito) se estrague e falhe.
Carvões porosos hierárquicos derivados da lenhina que permitem condensadores electroquímicos de alta tensão com baixa auto-descarga
Shichao Zhang, Shenglin Liu, Suyang Si, Keqi Zeng, Chenxin Cai, Xiangzhou Yuan, Yawen Tang, Feng Gong & Hualin Ye
Para contornar esta armadilha da tensão, um esforço de investigação conjunto descrito na Carbon Research introduz uma estratégia engenhosa de "co-design". Ao construir um elétrodo personalizado a partir de matéria vegetal orgânica e combinando-o com um fluido altamente especializado, a equipa conseguiu estabilizar um supercapacitor que funciona a uns extraordinários 4,0 volts.
Este triunfo estrutural e químico é o resultado de uma estreita parceria liderada pelo Dr. Feng Gong da Southeast University e pelo Dr. Hualin Ye da Nanjing Normal University. Combinando os recursos profundos do Laboratório Chave de Conversão e Controlo Térmico de Energia (Ministério da Educação) e do Laboratório Chave de Baterias de Nova Potência de Jiangsu, os investigadores abordaram as principais falhas do supercondensador de dentro para fora.
Em vez de tratar o hardware sólido e os químicos líquidos como componentes completamente separados, a equipa de investigação concebeu-os para se encaixarem como uma fechadura e uma chave. Começaram por transformar a lenhina, um polímero natural abundante encontrado nas paredes das células das plantas, num elétrodo de carbono altamente poroso. Estas estruturas de carbono apresentam orifícios sub-nanométricos incrivelmente apertados.
Para complementar, os cientistas formularam um eletrólito à base de lítio de fraca solvência misturado com um diluente fluorado específico.
O mecanismo por detrás do seu sucesso tem duas vertentes. Em primeiro lugar, os minúsculos poros do carbono derivado da lenhina estão geometricamente perfeitamente adaptados para captar e manter os iões de lítio solvatados específicos, gerando uma enorme capacidade de armazenamento de energia. Em segundo lugar, o líquido fluorado actua como um guarda-costas químico. Suprime ativamente a degradação e bloqueia as reacções parasitas, mantendo todo o sistema estável mesmo sob a intensa pressão eléctrica de uma carga de 4,0 V.
Marcos de desempenho alcançados:
- Quebrando o teto: O dispositivo funciona sem problemas a uma tensão de 4,0 V sem precedentes, evitando a rápida auto-descarga que afecta os modelos padrão.
- Alta densidade de energia: Ao maximizar o ajuste entre os iões e os poros de carbono, o sistema atinge uns impressionantes 77,4 Wh kg-¹, esbatendo a linha entre os supercapacitores de carregamento rápido e as baterias tradicionais.
- Resistência de maratona: A química protetora garante uma durabilidade excecional. Depois de suportar 10.000 ciclos rigorosos de carga e descarga, o condensador manteve mais de 90% da sua capacidade original.
Numa altura em que as indústrias se esforçam por encontrar melhores formas de alimentar tecnologias que consomem muita energia, desde o trânsito elétrico de veículos pesados até às redes eléctricas inteligentes, esta descoberta oferece um plano muito prático. O trabalho de colaboração da Southeast University e da Nanjing Normal University prova que, com a combinação certa de materiais de base biológica e química inteligente, já não temos de escolher entre energia rápida e energia duradoura.
Observação: Este artigo foi traduzido usando um sistema de computador sem intervenção humana. A LUMITOS oferece essas traduções automáticas para apresentar uma gama mais ampla de notícias atuais. Como este artigo foi traduzido com tradução automática, é possível que contenha erros de vocabulário, sintaxe ou gramática. O artigo original em Inglês pode ser encontrado aqui.
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