{"id":2336,"date":"2020-04-13T14:01:01","date_gmt":"2020-04-13T17:01:01","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2336"},"modified":"2020-04-15T17:21:32","modified_gmt":"2020-04-15T20:21:32","slug":"pesquisa-mostra-que-molhabilidade-amplia-capacidade-de-armazenamento-em-supercapacitores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/en\/pesquisa-mostra-que-molhabilidade-amplia-capacidade-de-armazenamento-em-supercapacitores\/","title":{"rendered":"Pesquisa mostra que molhabilidade amplia capacidade de armazenamento em supercapacitores"},"content":{"rendered":"\n

Artigo da Divis\u00e3o de Armazenamento Avan\u00e7ado de Energia do CINE analisa altera\u00e7\u00f5es em eletrodos ap\u00f3s processo de envelhecimento<\/em><\/p>\n\n\n\n

A transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica para fontes mais sustent\u00e1veis gera a demanda por dispositivos de armazenamento de energia cada vez mais eficientes, dur\u00e1veis e ambientalmente adequados. Hoje, os dispositivos mais usados s\u00e3o as baterias, mas uma tecnologia complementar essencial \u00e9 a dos supercapacitores, que podem ser carregados e entregar a energia em intervalos de tempo muito menores, da ordem de segundos.<\/p>\n\n\n\n

Supercapacitores j\u00e1 s\u00e3o usados, por exemplo, no acionamento das portas de avi\u00f5es, e sua import\u00e2ncia \u00e9 crescente no ramo dos ve\u00edculos el\u00e9tricos ou h\u00edbridos, como os chamados \u201cblue trams\u201d, \u00f4nibus el\u00e9tricos cujo carregamento acontece no ponto de parada. No entanto, seu uso mais abrangente ainda depende do desenvolvimento de novos materiais, e este \u00e9 um dos principais objetivos da Divis\u00e3o de Armazenamento Avan\u00e7ado de Energia (AES) do Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE), Centro de Pesquisa, Inova\u00e7\u00e3o e Difus\u00e3o (Cepid) apoiado pela Funda\u00e7\u00e3o de Amparo \u00e0 Pesquisa do Estado de S\u00e3o Paulo (Fapesp) e pela Shell.<\/p>\n\n\n\n

Em rela\u00e7\u00e3o \u00e0s baterias, uma desvantagem dos supercapacitores \u00e9 a menor quantidade de energia armazenada. No entanto, sistemas h\u00edbridos devem conseguir, no futuro, combinar as caracter\u00edsticas dos dois dispositivos, ou seja, oferecer carga e descarga r\u00e1pidas de uma grande quantidade de energia. Para tanto, a AES vem desenvolvendo e pesquisando novos materiais para eletrodos a base de carbono, dentre eles nanotubos de carbono de paredes m\u00faltiplas suportados em malha de a\u00e7o inoxid\u00e1vel<\/a>. Recentemente, estudo da AES sobre o processo de \u201cenvelhecimento\u201d desses eletrodos em diferentes eletr\u00f3litos demonstrou que sua capacidade de armazenamento pode ser ampliada por esse processo e, tamb\u00e9m, a estabilidade do material ao longo de v\u00e1rios ciclos de carga e descarga.<\/p>\n\n\n\n

Nanotubos de carbono apresentam caracter\u00edsticas morfol\u00f3gicas que podem facilitar a intera\u00e7\u00e3o do eletrodo com os \u00edons em solu\u00e7\u00e3o no eletr\u00f3lito e, consequentemente, a capacidade de armazenamento de energia. Neste sentido, um conceito importante \u00e9 o de molhabilidade.<\/p>\n\n\n\n

\u201cUma analogia poss\u00edvel \u00e9 com a capilaridade em uma folha de papel. Quando jogamos uma gota de \u00e1gua no papel, ela vai molhando uma \u00e1rea muito maior que o seu tamanho em fun\u00e7\u00e3o do tempo, por capilaridade. N\u00e3o \u00e9 imediato, e isto tamb\u00e9m acontece na interface entre eletrodo e eletr\u00f3lito\u201d, explica Willian G. Nunes, um dos autores do artigo, que desenvolve seu doutorado junto \u00e0 AES. A pesquisa tem a orienta\u00e7\u00e3o de Hudson Giovani Zanin, docente da Faculdade de Engenharia El\u00e9trica e de Computa\u00e7\u00e3o (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e coordenador de dois projetos vinculados \u00e0 Divis\u00e3o.<\/p>\n\n\n\n

\u201cQuando o dispositivo \u00e9 montado, \u00e9 necess\u00e1rio um tempo para o eletrodo ser \u2018molhado\u2019 pelo eletr\u00f3lito e, quanto mais \u2018molhado\u2019, maior a \u00e1rea eletroquimicamente ativa e maior a capacidade de armazenar energia. E n\u00f3s queremos armazenar mais energia!\u201d, continua Nunes.<\/p>\n\n\n\n

No estudo, os eletrodos de nanotubos de carbono foram montados nas chamadas \u201ccoin cells\u201d \u2013 c\u00e9lulas do tipo moeda, semelhantes \u00e0quelas das baterias usadas em rel\u00f3gios, balan\u00e7as e brinquedos, por exemplo \u2013 e deixados imersos em dois tipos de eletr\u00f3litos \u2013 aquoso e org\u00e2nico \u2013 por tr\u00eas meses. Depois, foram submetidos a diversos testes e an\u00e1lises para compara\u00e7\u00e3o com eletrodos rec\u00e9m-montados, como voltametria c\u00edclica, descarga galvanost\u00e1tica, espectroscopia de imped\u00e2ncia eletroqu\u00edmica e, tamb\u00e9m, espectroscopias Raman, FT-IR e raios X, bem como microscopia eletr\u00f4nica.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEm ambos os eletr\u00f3litos, houve aumento da capacidade de armazenar energia devido \u00e0 molhabilidade depois de tr\u00eas meses\u201d, conta Nunes. \u201cAo analisar esses eletrodos logo ap\u00f3s a montagem, podemos subestimar o desempenho do dispositivo. Assim, o processo de molhabilidade \u00e9 importante para extrair o m\u00e1ximo de desempenho dos dispositivos\u201d, conclui. Os pesquisadores tamb\u00e9m fizeram a an\u00e1lise de ciclagem e, neste caso, os eletrodos imersos em eletr\u00f3lito aquoso ofereceram a melhor combina\u00e7\u00e3o entre a capacidade de molhar e a menor perda da capacidade de reter energia (capacit\u00e2ncia).<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m de Nunes e Zanin, participaram da pesquisa e assinam o artigo seis outros pesquisadores do CINE, vinculados aos grupos \u201cCarbon Sci-Tech Labs<\/a>\u201d, coordenado por Zanin, e \u201cLaboratory of Advanced Batteries\u201d, coordenado por Gustavo Doubek, docente da Faculdade de Engenharia Qu\u00edmica da Unicamp. Outro colaborador \u00e9 Leonardo M. da Silva, do Departamento de Qu\u00edmica da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri.<\/p>\n\n\n\n

O artigo \u201cStudy of the aging process of nanostructured porous carbon-based electrodes in electrochemical capacitors filled with aqueous or organic electrolytes in electrochemical capacitors filled with aqueous or organic electrolytes<\/a>\u201d foi publicado no Journal of Energy Storage<\/em> em janeiro deste ano.<\/p>\n\n\n\n

Imagem: Representa\u00e7\u00e3o do aumento da \u00e1rea eletroquimicamente ativa ap\u00f3s tr\u00eas meses. No lado direito da figura, vemos os \u00edons do eletr\u00f3lito \u2013 part\u00edculas coloridas \u2013 penetrando o eletrodo de carbono (Cr\u00e9dito: Autores)
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