É o que aponta um estudo publicado na Science e realizado por cientistas do CNRS (CIRIMAT/RS2E) e das Universidades de Cambridge e Lancaster. Um avanço significativo para a eletrificação do transporte urbano por meio dos supercondensadores.
Assim como as baterias, os supercondensadores armazenam energia, mas podem ser carregados em segundos ou minutos, enquanto as baterias levam consideravelmente mais tempo. Um ônibus, trem ou metrô alimentado por supercondensadores poderia recarregar completamente enquanto os passageiros desembarcam e embarcam, fornecendo energia suficiente para alcançar a próxima parada.
Portanto, não seria necessário instalar uma infraestrutura de recarga ao longo da linha. Os supercondensadores também são muito mais duráveis que as baterias e podem suportar milhões de ciclos de carga. No entanto, antes de poderem ser usados amplamente, é necessário melhorar sua capacidade de armazenamento.
Para armazenar e liberar energia elétrica, um supercondensador depende do movimento de moléculas carregadas entre eletrodos de carbono poroso, que possuem uma estrutura altamente desordenada. Para visualizar a estrutura desses carbonos, imagine uma folha de grafeno, com uma estrutura muito ordenada, sendo amassada. O resultado é um desordem semelhante à dos materiais usados nos eletrodos dos supercondensadores. No entanto, esse desordem complica a identificação e otimização dos parâmetros que controlam o desempenho dos materiais. Por muito tempo, o tamanho dos nanoporos, pequenos buracos, nos eletrodos de carbono, foi visto como o fator chave.
Em uma colaboração entre o Centro Interuniversitário de Pesquisa e Engenharia de Materiais (CIRIMAT - CNRS/Toulouse INP/Universidade Toulouse III - Paul Sabatier) e as Universidades de Cambridge e Lancaster na Inglaterra, cientistas analisaram uma ampla série de eletrodos de carbono nanoporoso disponíveis comercialmente e observaram que o efeito do tamanho dos poros, visto em alguns carbonos, não era generalizável. A equipe de Cambridge então utilizou a espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) para estudar esta série de eletrodos.
A combinação de análises por espectroscopia RMN e simulações em computador permite caracterizar a desordem nos carbonos porosos dos supercondensadores e relacionar este parâmetro ao desempenho dos materiais
© Céline Merlet
Estas análises, interpretadas com o auxílio de trabalhos de modelagem realizados no CIRIMAT, permitiram quantificar o nível de desordem de cada eletrodo. Os resultados mostram que o caráter desordenado dos materiais – longamente considerado como um defeito – é na verdade benéfico. A equipe planeja continuar estas pesquisas para entender por que a desordem, estabelecida no momento da síntese dos eletrodos de carbono, é tão importante para o armazenamento de íons nos nanoporos.
Estes resultados, publicados na revista Science, devem permitir potencializar a capacidade de armazenamento dos supercondensadores para generalizar seu uso no transporte urbano.
A pesquisa foi parcialmente apoiada pelo Cambridge Trusts, pelo European Research Council (ERC) e pelo UK Research and Innovation (UKRI).
Redator: AVR
Referência:
Desordem estrutural determina a capacitância em carbonos nanoporosos
Xinyu Liu, Dongxun Lyu, Céline Merlet, Matthew J. A. Leesmith Xiao Hua, Zhen Xu, Clare P. Grey & Alexander C. Forse.
Science 2024