{"id":2673,"date":"2020-09-08T17:28:06","date_gmt":"2020-09-08T20:28:06","guid":{"rendered":"http:\/\/cine.org.br\/?p=2673"},"modified":"2020-09-08T17:30:36","modified_gmt":"2020-09-08T20:30:36","slug":"pesquisa-mostra-como-alteracoes-em-grafeno-melhoram-sua-performance-em-supercapacitores","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.cine.org.br\/en\/pesquisa-mostra-como-alteracoes-em-grafeno-melhoram-sua-performance-em-supercapacitores\/","title":{"rendered":"Pesquisa mostra como altera\u00e7\u00f5es em grafeno melhoram sua performance em supercapacitores"},"content":{"rendered":"\n

Estudos computacionais indicam materiais mais promissores para uso em eletrodos<\/em><\/p>\n\n\n\n

Assim como o pl\u00e1stico e o sil\u00edcio, o grafeno ganhou, ao longo da \u00faltima d\u00e9cada, o status de \u201cmaterial do futuro\u201d, devido a uma imensa variedade de aplica\u00e7\u00f5es imaginadas a partir de propriedades excepcionais relacionadas a resist\u00eancia mec\u00e2nica, leveza, flexibilidade e condutividade el\u00e9trica, al\u00e9m do baixo custo, dentre outras. No Centro de Inova\u00e7\u00e3o em Novas Energias (CINE), pesquisadores vinculados \u00e0 divis\u00e3o de Armazenamento Avan\u00e7ado de Energia (AES) v\u00eam estudando o material para aplica\u00e7\u00e3o em eletrodos de supercapacitores, dispositivos de armazenamento de energia similares \u00e0s baterias, mas com velocidade de carga e descarga muito maior.<\/p>\n\n\n\n

No entanto, uma propriedade intr\u00ednseca do grafeno, a chamada capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica, pode limitar esse potencial. Capacit\u00e2ncia significa, em termos muito simplificados, a capacidade de um material ou um dispositivo de armazenar energia. A capacit\u00e2ncia total resulta de duas outras grandezas, a capacit\u00e2ncia de dupla camada (relativa \u00e0 interface entre eletrodo e eletr\u00f3lito) e a capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica, e, assim, seu valor pode ser limitado por uma capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica reduzida. A boa not\u00edcia \u00e9 que a capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica pode ser ampliada atrav\u00e9s de modifica\u00e7\u00f5es na estrutura da folha de grafeno, pela retirada de \u00e1tomos de carbono (vac\u00e2ncia) e sua substitui\u00e7\u00e3o por \u00e1tomos de outros elementos (a chamada dopagem com hetero\u00e1tomos).<\/p>\n\n\n\n

Um dos estudos realizados pela equipe da AES buscou justamente compreender melhor a participa\u00e7\u00e3o da capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica e da capacit\u00e2ncia de dupla camada na capacit\u00e2ncia total de supercapacitores com eletrodos a base de grafeno, bem como identificar melhores estrat\u00e9gias de dopagem para o aumento da capacit\u00e2ncia total. Para tanto, inicialmente, foram realizados estudos computacionais \u2013 simula\u00e7\u00f5es de din\u00e2mica molecular (no caso da capacit\u00e2ncia de dupla camada) e c\u00e1lculos de teoria do funcional de densidade (DFT, para a capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica) \u2013, que confirmaram a hip\u00f3tese da capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica do grafeno puro (n\u00e3o modificado) ser o limitador do valor da capacit\u00e2ncia total. Com isso, torna-se poss\u00edvel, por exemplo, indicar materiais mais promissores a serem testados em estudos experimentais, ou seja, na montagem de supercapacitores, em um modelo conhecido como design racional, que revela a rota mais efetiva para buscar materiais que aprimorem a performance e a opera\u00e7\u00e3o dos dispositivos.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m do estudo sobre o grafeno em si \u2013 que, em linhas gerais, \u00e9 uma camada muito fina de carbono, com espessura de um \u00fanico \u00e1tomo \u2013, as pesquisas tamb\u00e9m resultam em conhecimento sobre outros materiais a base de carbono com grande potencial para uso em eletrodos, como nanotubos de carbono, grafite e carv\u00e3o ativado, dentre outros. \u201cEste \u00e9 sobretudo um estudo de conhecimento fundamental, em que o grafeno funciona como uma plataforma de estudo para outros al\u00f3tropos de carbono mais usuais, como os nanotubos e o carbono poroso. As caracter\u00edsticas eletr\u00f4nicas desses materiais s\u00e3o semelhantes, mas os estudos de simula\u00e7\u00e3o s\u00e3o mais simples com o grafeno, por se tratar de apenas uma folha, por ser um material bidimensional. Assim, quando eu identifico o comportamento eletr\u00f4nico do grafeno, podemos imaginar que o caminho para compreender os outros materiais ter\u00e1 menos obst\u00e1culos\u201d, explica D\u00e9bora Ariana Corr\u00eaa da Silva, que desenvolve a pesquisa em seu doutorado em Engenharia El\u00e9trica na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), sob orienta\u00e7\u00e3o de Hudson Giovani Zanin, pesquisador vinculado \u00e0 AES.<\/p>\n\n\n\n

Ao destacar o car\u00e1ter b\u00e1sico de sua pesquisa, da Silva esclarece que, comumente, a capacit\u00e2ncia total \u00e9 medida no n\u00edvel macrosc\u00f3pico, ou seja, no dispositivo supercapacitor, sem que se compreenda os componentes qu\u00e2nticos que interferem neste resultado. Al\u00e9m desta compreens\u00e3o fundamental, o trabalho indicou, como melhor escolha para maiores valores de capacit\u00e2ncia, um supercapacitor assim\u00e9trico, ou seja, com dois eletrodos distintos, sendo o eletrodo do lado negativo dopado com fl\u00faor e o eletrodo com carga positiva dopado com nitrog\u00eanio.<\/p>\n\n\n\n

\u201cA an\u00e1lise s\u00f3 da capacit\u00e2ncia qu\u00e2ntica fica muito distante dos estudos experimentais, por se tratar de uma propriedade qu\u00e2ntica, ou seja, pr\u00f3pria de uma escala infinitamente pequena, que n\u00e3o pode ser medida diretamente na escala macrosc\u00f3pica. Mas, quando a associamos a uma propriedade cl\u00e1ssica, como a capacit\u00e2ncia de dupla camada, chegamos a um resultado que pode ser medido no laborat\u00f3rio experimental, o que \u00e9 muito interessante, pois permite, por exemplo, as compara\u00e7\u00f5es entre diferentes materiais, al\u00e9m da compreens\u00e3o do que de fato est\u00e1 interferindo naquele resultado macrosc\u00f3pico\u201d, explica a pesquisadora.<\/p>\n\n\n\n

Agora, o grupo de pesquisa testar\u00e1 materiais semelhantes aos investigados no estudo computacional, para verificar se os resultados experimentais condizem com aqueles obtidos nas simula\u00e7\u00f5es. As an\u00e1lises integram o conjunto de pesquisas desenvolvidas na AES em busca de materiais que possam aprimorar propriedades e aplica\u00e7\u00f5es de supercapacitores no contexto de transi\u00e7\u00e3o energ\u00e9tica para um modelo sustent\u00e1vel.<\/p>\n\n\n\n

Os resultados deste estudo espec\u00edfico foram publicado em janeiro deste ano no peri\u00f3dico Physical Chemistry Chemical Physics, no artigo \u201cExploring doped or vacancy-modified graphene-based electrodes for applications in asymmetric supercapacitors\u201d<\/a>, assinado, al\u00e9m de da Silva, Zanin e outros pesquisadores da AES, por parceiros da Universidade Federal de S\u00e3o Paulo (Unifesp) e da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG).<\/p>\n\n\n\n

Legenda da foto: Representa\u00e7\u00e3o at\u00f4mica dos eletrodos de grafeno estudados, com o carbono representado como esferas marrons e os \u00e1tomos de dopagem como esferas azuis (Cr\u00e9dito: Autores)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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