Uma pesquisa realizada no CINE contribui para o desenvolvimento de supercapacitores de sódio mais eficientes, seguros e duráveis. Os resultados podem ajudar a encurtar o caminho até a comercialização desses promissores dispositivos de armazenamento de energia.

Atualmente, os supercapacitores comerciais utilizam íons de lítio nos seus eletrólitos, mas o interesse em usar íons de sódio tem aumentado. De fato, esse elemento, que pode oferecer desempenho semelhante ao lítio, é mais abundante e está melhor distribuído no planeta, tornando os dispositivos mais sustentáveis e economicamente viáveis, especialmente para aplicações em grande escala.

Os supercapacitores se destacam entre os dispositivos de armazenamento de energia pela sua potência, que é a velocidade com que conseguem carregar e entregar energia. Em virtude dessa característica, eles são usados em veículos eletrificados dentro de sistemas como a frenagem regenerativa, que transforma a energia cinética da desaceleração em eletricidade, e o start-stop, que desliga e religa automaticamente o motor em paradas rápidas. Além disso, podem ser utilizados em redes elétricas para estabilizar flutuações geradas pela intermitência das energias solar e eólica. Entretanto, os supercapacitores apresentam limitações com relação à sua densidade de energia, que é a quantidade de eletricidade que pode ser armazenada em determinado peso ou volume.

Neste trabalho, os autores demonstram que é possível fazer um ajuste preciso das propriedades do supercapacitor mediante a seleção criteriosa do composto usado no eletrólito para dissolver os íons de sódio. “No nosso estudo, ao utilizar misturas de diferentes solventes, conseguimos aumentar significativamente a densidade de energia dos supercapacitores”, afirma Raissa Venâncio, que desenvolveu a pesquisa dentro do seu doutorado na UNICAMP, no contexto do CINE.

O estudo também teve participação de outros pesquisadores da UNICAMP e de cientistas do Mackenzie, da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, do Instituto Eldorado, da Universidade Nova de Lisboa (Portugal) e do CARISSMA Institute for Electric, Connected and Safe Mobility (Alemanha).

Durante a pesquisa, os autores produziram quatro tipos de solventes comumente usados em trabalhos com eletrólitos baseados em sódio e montaram pequenos supercapacitores com cada um deles. O desempenho dos dispositivos foi estudado por meio de uma abordagem inovadora, que combinou técnicas clássicas de caracterização eletroquímica com espectrometria de massa eletroquímica “operando”.

Dessa forma, a equipe conseguiu caracterizar os supercapacitores enquanto estavam funcionando, durante a carga e a descarga. “Medimos quanta energia armazenam, quão rápido carregam e descarregam, e como seu desempenho muda com o tempo”, conta Raissa. Ao mesmo tempo, os autores monitoraram em tempo real a formação de gases dentro do dispositivo – fenômeno relativamente comum em baterias e supercapacitores. “Saber quais gases aparecem, quando e em que quantidade é importante porque eles indicam desgaste, podem reduzir a vida útil e até representar riscos de segurança”, explica a pesquisadora.

Essa abordagem permitiu não apenas verificar o desempenho dos supercapacitores, mas também compreender o motivo das falhas. “Isso nos ajudou a entender como cada eletrólito impacta o desempenho, estabilidade e vida útil, permitindo orientar o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes, seguros e duráveis — três fatores essenciais para a comercialização”, diz Raissa.

De acordo com a pesquisadora, os eletrólitos estudados, por serem líquidos, poderiam ser incorporados facilmente em sistemas atualmente usados para produzir supercapacitores de lítio, ao passo que outras soluções promissoras, como eletrólitos sólidos ou quase-sólidos, exigiriam adaptações significativas no processo industrial. Além disso, segundo Raissa, alguns dos eletrólitos estudados podem ser produzidos por rotas simples e escaláveis, usando rejeitos de indústrias nacionais petroquímicas e de mineração. “Isso poderia abrir um novo mercado no Brasil, aproveitando materiais locais para uma futura fábrica de baterias”, expressa a pesquisadora.

Esta pesquisa contou com financiamento da Fapesp, Shell, CAPES, CNPq e FAPEMIG, além do suporte estratégico da ANP.

Referência do artigo científico: Raissa Venâncio, Manuel J. Pinzón C, João Pedro Aguiar dos Santos, Isabela Galantini, Hugo Cruz, Carlos A. Rufino Jr., Gustavo Doubek, Luís Branco, Débora V. Franco, Leonardo M. Da Silva, Josué M. Gonçalves and Hudson Zanin. Tailoring electrolyte solvation for improved Na-based supercapacitor efficiency: an operando characterization approach. J. Mater. Chem. A, 2026, 14, 5786-5805. https://doi.org/10.1039/D5TA07938A.

Membros do CINE que participaram do trabalho: Raissa Venâncio, João Pedro Aguiar dos Santos, Isabela Galantini, Carlos A. Rufino Jr., Gustavo Doubek, Débora V. Franco, Leonardo M. Da Silva, Josué M. Gonçalves e Hudson Zanin.