sábado, agosto 27, 2011

Do nano ao super, cheio de energia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/08/2011
Supercapacitor sólido: Do nano ao super, cheio de energia
O pesquisador vislumbra um carro elétrico no qual a bateria estaria distribuída por todo o veículo, incluindo chassi, portas, teto, piso etc. [Imagem: Rice University]
Imagine uma tecnologia de armazenamento de energia que permita desde a integração das baterias no próprio chip que irão alimentar, até seu uso em larga escala, formando usinas inteiras.
Esta é a promessa feita por Robert Hauge e seus colegas da Universidade Rice, nos Estados Unidos.

Capacitores e supercapacitores

Os pesquisadores criaram um sistema de armazenamento de energia de estado sólido e recarregável, usando supercapacitores feitos à base de nanotubos de carbono.
Os capacitores comuns,que liberam rápidas rajadas de energia, podem ser descarregados e recarregados centenas de milhares de vezes.
Já os capacitores elétricos de dupla camada (EDLCs), mais conhecidos como supercapacitores, são componentes híbridos que mantêm centenas de vezes mais energia do que um capacitor padrão, como uma bateria, mantendo a capacidade de carga e descarga rápidas.
Mas os supercapacitores até agora dependiam de eletrólitos líquidos ou de tipo gel, que deixam de funcionar em condições muito quentes ou muito frias.

Eletrólito sólido

A equipe do Dr. Hauge desenvolveu um material à base de óxidos que substitui inteiramente o eletrólito líquido.
E eles fizeram isto em nanoescala: a chave para uma elevada capacitância é a área disponível para os elétrons - e poucas estruturas conhecidas disponibilizam tanta área superficial em um espaço tão pequeno quanto os nanotubos de carbono.
Usando uma técnica desenvolvida pela própria equipe para fabricar nanotubos de grandes dimensões, os pesquisadores fizeram os nanotubos de carbono se aglomerarem em grupos com cerca de 15 a 20 nanômetros, com até 50 micrômetros de altura - uma relação altura/largura superior a 500.
Esse carpete de nanotubos é posto sobre um eletrodo de cobre com camadas em escala atômica de ouro e titânio, para ajudar a grudar tudo e manter a estabilidade elétrica.
O conjunto foi coberto com revestimentos muito finos de óxido de alumínio (o dielétrico) e óxido de zinco dopado com alumínio (o contra-eletrodo) por meio de um processo chamado deposição de camada atômica.
Um eletrodo superior de prata completa o circuito.

Carro-bateria

Hauge afirma que esse supercapacitor, nascido em nanoescala, é estável e escalável. Em tese, é possível construir usinas inteiras com eles, acumulando a energia gerada pelos ventos ou pelo Sol e liberando-a quando necessário.
Ele vislumbra um carro elétrico no qual a bateria estaria distribuída por todo o veículo, incluindo chassi, portas, teto, piso etc.
"Todas as soluções de estado sólido para armazenamento de energia poderão ser intimamente integradas nos aparelhos, incluindo telas flexíveis, bio-implantes, muitos tipos de sensores e todos os aparelhos eletrônicos que possam se beneficiar de taxas rápidas de carga e descarga," diz Hauge.
Recentemente, um outro grupo de pesquisadores sugeriu o uso de nanocapacitores eletrostáticos, com o mesmo potencial.

Rápido demais

Antes que qualquer dessas possibilidades ganhe uso prático, contudo, os cientistas terão que lidar com a "mania" dos capacitores de liberarem suas elevadas doses de energia de uma vez só - ao contrário das baterias, que têm menor densidade de energia, mas liberam de forma mais comedida.
Embora isso seja uma característica altamente desejável para sistemas como o KERS, ela não é adequada como única fonte de energia para um veículo elétrico porque o veículo teria altíssima potência, mas ficaria sem carga rápido demais.
Bibliografia:

Three dimensional solid-state supercapacitors from aligned single-walled carbon nanotube array templates
Cary L. Pint, Nolan W. Nicholas, Sheng Xu, Zhengzong Sun, James M. Tour, Howard K. Schmidt, Roy G. Gordon, Robert H. Hauge
Carbon
Vol.: 49, Issue 14, November 2011, Pages 4890-4897
DOI: 10.1016/j.carbon.2011.07.011
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