{"id":2154,"date":"2019-11-22T11:34:40","date_gmt":"2019-11-22T14:34:40","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2154"},"modified":"2019-11-22T11:34:46","modified_gmt":"2019-11-22T14:34:46","slug":"pesquisadores-do-cine-desenvolvem-material-que-melhora-funcionamento-de-capacitores-eletroquimicos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/en\/pesquisadores-do-cine-desenvolvem-material-que-melhora-funcionamento-de-capacitores-eletroquimicos\/","title":{"rendered":"Pesquisadores do CINE desenvolvem material que melhora funcionamento de capacitores eletroqu\u00edmicos"},"content":{"rendered":"\n

Comp\u00f3sitos obtiveram bons resultados no processo de armazenamento de carga, na vida \u00fatil e em densidades de energia e pot\u00eancia em supercapacitores<\/em><\/p>\n\n\n\n

Supercapacitores s\u00e3o uma classe de capacitores com alta capacidade eletroqu\u00edmica e,assim, possibilidade de armazenamento e fornecimento de carga de forma r\u00e1pida,tolerando v\u00e1rios ciclos \u2013 cerca de um milh\u00e3o \u2013 de carga e descarga. \u201cEles juntam o melhor da bateria com o melhor do capacitor. Hoje em dia, as baterias conseguem armazenar muita energia, mas de forma bem lenta. J\u00e1 os capacitores convencionais t\u00eam menor quantidade de energia armazenada, mas \u00e9 poss\u00edvel empreg\u00e1-la rapidamente. No caso do supercapacitor \u2013 tamb\u00e9m conhecido por capacitor eletroqu\u00edmico \u2013, com a utiliza\u00e7\u00e3o de eletrodos comp\u00f3sitos (compostos por mais de um material), n\u00f3s conseguimos armazenar mais energia em curto per\u00edodo de tempo\u201d, explica Rafael Vicentini, t\u00e9cnico e mestrando em laborat\u00f3rio da Divis\u00e3o de Armazenamento Avan\u00e7ado de Energia (AES) do Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE) \u2013 Centro de Pesquisa em Engenharia financiado pela Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp) em parceria com a Shell. Vicentini realiza o mestrado na Faculdade de Engenharia El\u00e9trica e de Computa\u00e7\u00e3o (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), sob orienta\u00e7\u00e3o de Hudson Zanin, pesquisador da AES e docente da FEEC.<\/p>\n\n\n\n

Segundo Vicentini, os supercapacitores formam o cen\u00e1rio ideal para diversas aplica\u00e7\u00f5es, como em carros e \u00f4nibus el\u00e9tricos e, futuramente, para carregamento de celulares e equipamentos m\u00e9dicos, al\u00e9m de fazer parte de um processo global de transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica. Os desafios, no entanto, envolvem o estudo de materiais que possam melhorar a fun\u00e7\u00e3o dessa tecnologia, de maneira que seja economicamente vi\u00e1vel e que, sobretudo, consiga ser produzida em escala industrial. Para isso, pesquisadores da AES se dedicam a esses estudos. \u201cO supercapacitor \u00e9 uma c\u00e9lula fechada, em que \u00e9 dif\u00edcil enxergar o que est\u00e1 acontecendo dentro dela, durante o seu funcionamento. As pesquisas de ponta fazem medidas em modo de opera\u00e7\u00e3o, ou seja, caracterizam os dispositivos enquanto carregam e descarregam. Grandes descobertas foram feitas assim\u201d, relata Vicentini. Em outras palavras, os pesquisadores investigam esses capacitores eletroqu\u00edmicos durante a sua fase de opera\u00e7\u00e3o \u2013 ou seja, olham para dentro deles, analisando o seu processo de carga e descarga \u2013, para ent\u00e3o propor materiais que possam aumentar muito a sua energia. \u201cEntender o que acontece dentro dos capacitores durante carga e descarga, processo feito atrav\u00e9s de feixes de luz, nos ajuda a entender os processos de armazenamento e entrega de energia, bem como a encontrar um material ideal para aplica\u00e7\u00e3o\u201d, explica Vicentini.
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Com base nestes estudos, os pesquisadores da Divis\u00e3o investigaram recentemente um novo eletrodo para capacitores eletroqu\u00edmicos, com materiais a base de nanotubos de carbono de paredes m\u00faltiplas e carv\u00e3o ativado, combinados com nanopart\u00edculas de pent\u00f3xido de ni\u00f3bio. \u201cUtilizar o nanotubo com o carv\u00e3o ativado da maneira que fizemos \u00e9 algo novo, sobretudo ao testar esse comp\u00f3sito em condi\u00e7\u00f5es din\u00e2micas. O nanotubo tem \u00f3timas propriedades el\u00e9tricas, enquanto o carv\u00e3o possui elevada \u00e1rea superficial. Combinados, formam eletrodo ideal\u201d, detalha Vicentini. 
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A pesquisa demonstrou que as nanopart\u00edculas de ni\u00f3bio hidratado, ligadas \u00e0 superf\u00edcie de carbono, melhoraram o processo de armazenamento de carga em capacitores eletroqu\u00edmicos. \u201cOs estudos mostraram que o material comp\u00f3sito tem boas propriedades eletroqu\u00edmicas, incluindo alta capacit\u00e2ncia espec\u00edfica, longa vida \u00fatil (de 100 mil ciclos para 500 mil ciclos) e altas densidades de energia e pot\u00eancia para as correntes gravim\u00e9tricas\u201d, detalha.
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Segundo Vicentini, o material testado tem potencial para ser utilizado em larga escala. \u201cEncontramos bons resultados em escala laboratorial. Nossos pr\u00f3ximos passos envolvem a montagem de prot\u00f3tipo de uma manufatura e do equipamento necess\u00e1rio para escalonar. Algo que facilita o andamento de nosso trabalho \u00e9 justamente constituirmos, na AES, um grupo din\u00e2mico e multidisciplinar. Temos pesquisadores de \u00e1reas como F\u00edsica, Qu\u00edmica, Matem\u00e1tica, engenharias El\u00e9trica, Computa\u00e7\u00e3o, Mecatr\u00f4nica e Qu\u00edmica, dentre outras, o que otimiza e agiliza nossos processos\u201d, destaca.<\/p>\n\n\n\n

Os resultados do estudo foram publicados em dois peri\u00f3dicos da Elsevier. A primeira publica\u00e7\u00e3o foi no Journal of Power Sources<\/em>, com o artigo intitulado \u201cCore-niobium pentoxide carbon-shell nanoparticles decorating multiwalled carbon nanotubes as electrode for electrochemical capacitors<\/a>\u201d, tendo como primeiro autor Vicentini, sob orienta\u00e7\u00e3o de Zanin. Al\u00e9m deles, assinam a publica\u00e7\u00e3o Davi Marcelo Soares, Willian Nunes, Bruno Freitas e Lenon Costa, tamb\u00e9m pesquisadores da AES; e Leonardo da Silva, pesquisador do Departamento de Qu\u00edmica da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM). Esta primeira publica\u00e7\u00e3o foca no diferencial trazido pela combina\u00e7\u00e3o do nanotubo de carbono com as nanopart\u00edculas de ni\u00f3bio hidratado.
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J\u00e1 a segunda, divulgada pelo Energy Storage Materials<\/em> e intitulada \u201cNiobium pentoxide nanoparticles @ multi-walled carbon nanotubes and activated carbon composite material as electrodes for electrochemical capacitors<\/a>\u201d, tem \u00eanfase no estudo em condi\u00e7\u00f5es de opera\u00e7\u00e3o do comp\u00f3sito envolvendo nanotubo de carbono e carv\u00e3o ativado, decorado com ni\u00f3bio hidratado. Tem, tamb\u00e9m, Vicentini como primeiro autor e \u00e9 assinada, ainda, por Zanin, Silva, Nunes, Freitas e Soares, al\u00e9m de Reinaldo Cesar, tamb\u00e9m da AES; e Cristiane Rodella, pesquisadora do Laborat\u00f3rio Nacional de Luz S\u00edncroton (LNLS), do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM).
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CINE<\/strong><\/p>\n\n\n\n

O Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE) foi lan\u00e7ado em maio de 2018, com patroc\u00ednio da Fapesp e da Shell e hub<\/em> de coordena\u00e7\u00e3o sediado na Unicamp. Al\u00e9m da Unicamp, a Universidade de S\u00e3o Paulo (USP) e o Instituto de Pesquisas Energ\u00e9ticas e Nucleares (IPEN) lideram o Centro, em colabora\u00e7\u00e3o com seis outras institui\u00e7\u00f5es nacionais e 14 de outros pa\u00edses. Al\u00e9m da AES, o Centro conta com tr\u00eas outras divis\u00f5es: Portadores Densos de Energia (DEC), Metano a Produtos (M2P) e Ci\u00eancia Computacional de Materiais e Qu\u00edmica (CMSC). Juntas, as quatro divis\u00f5es conduzem mais de 20 projetos de pesquisa. Mais informa\u00e7\u00f5es em cine.org.br.
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Foto: Potenciostato ciclador, um dos equipamentos utilizados no estudo dos supercapacitores em opera\u00e7\u00e3o (Cr\u00e9dito: Bruno Freitas)
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