Fontes de energia limpa como o Sol e o vento são renováveis, gratuitas e inesgotáveis, mas elas são intermitentes. Por isso, para guardar a energia gerada e usá-la quando não há luz do Sol ou vento, é necessário contar com bons sistemas de armazenamento, nos quais os supercapacitores podem ser peças muito importantes. Com efeito, esses dispositivos superam amplamente as baterias quanto à sua potência, que é a velocidade na qual armazenam energia (carga) e a entregam (descarga).

Buscando otimizar a eficiência dos supercapacitores, uma equipe de pesquisadores da UFVJM e da Unicamp desenvolveu um modelo matemático que deve auxiliar a minimizar perdas de energia indesejáveis que ocorrem dentro desses dispositivos e que são comumente desconsideradas na literatura científica. O trabalho foi realizado no contexto do programa de Armazenamento Avançado de Energia (AES) do CINE.

Usando software convencional, o novo modelo é capaz de fornecer uma análise realista dos dados experimentais de um supercapacitor onde perdas internas de energia são consideradas. Mais precisamente, com este modelo é possível quantificar de forma precisa as características eletroquímicas dos supercapacitores relacionadas à sua capacitância (a quantidade de carga que o dispositivo pode armazenar) e resistência (a oposição que oferece ao fluxo de corrente elétrica). Para isso, ele considera a presença de diferentes defeitos estruturais, como poros, fissuras e rachaduras, nos materiais que formam os eletrodos do supercapacitor.

De acordo com os autores do trabalho, o modelo ajudará a projetar o material mais adequado para cada aplicação de um supercapacitor. “O modelo permite compreender como as condições de síntese de diferentes materiais condutores podem influenciar o real desempenho de supercapacitores em condições de operação”, diz o professor Leonardo Morais da Silva (UFVJM), pesquisador colaborador da AES e autor principal do trabalho. “Assim, pode-se otimizar o tamanho médio de poros, bem como de outros tipos de defeitos estruturais, para que o armazenamento de energia seja o mais eficiente possível”, completa.

O modelo teórico foi validado pelos autores com dados experimentais. Para isso, os pesquisadores produziram eletrodos de cinco materiais diferentes e fizeram experimentos usando quatro técnicas usualmente utilizadas na caracterização eletroquímica de supercapacitores: voltametria cíclica, cronoamperometria, cronopotenciometria e espectroscopia de impedância eletroquímica. A excelente concordância entre os achados experimentais e as simulações confirmou a validade do modelo.

O trabalho é fruto de ideias e dúvidas de estudantes e docentes que foram surgindo ao longo dos últimos cinco anos no contexto da colaboração entre os pesquisadores da UFVJM e a Unicamp. A pesquisa contou com financiamento da FAPESP, Shell, CNPq, Finep e FAPEMIG, além do suporte estratégico da ANP.

Referência do artigo científico: Proposal of a novel methodology for the electrochemical characterization of well-behaved redox-active materials used in supercapacitors. Leonardo M. Da Silva, Lindomar G. De Sousa, Rafael Vicentini, João Pedro Aguiar, Gustavo Doubek, Hudson Zanin. Electrochimica Acta. Volume 457, 20 July 2023, 142458. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142458.
Autores do artigo que são membros do CINE: Leonardo M. Da Silva, Rafael Vicentini, João Pedro Aguiar, Gustavo Doubek, Hudson Zanin.