p (Phys.org) —Grafeno - o material mais fino do mundo isolado na Universidade de Manchester - poderia tornar as baterias leves, durável e adequado para armazenamento de energia de alta capacidade de geração renovável. p Manchester é a casa do grafeno, como o alótropo de carbono "bidimensional" de um átomo de espessura foi isolado pela primeira vez aqui em 2004. A Universidade de Manchester é uma força motriz para a pesquisa de grafeno fundamental e aplicada, com o Instituto Nacional de Grafeno liderando o caminho.

p O grafeno promete uma revolução na engenharia elétrica e química. É um condutor potente, extremamente leve, quimicamente inerte e flexível com uma grande área de superfície. Pode ser o candidato perfeito para armazenamento de energia de alta capacidade.

p Logo após o isolamento do grafeno, as primeiras pesquisas já mostravam que as baterias de lítio com grafeno em seus eletrodos tinham maior capacidade e vida útil do que os designs padrão.

p Um novo projeto 'Armazenamento de energia eletroquímica com materiais habilitados para grafeno' está explorando diferentes maneiras de reduzir o tamanho e o peso das baterias e estender sua vida útil, adicionando grafeno como um material componente.

p "Mas antes de construirmos as baterias, precisamos saber como o grafeno vai interagir com os componentes químicos - especificamente eletrólitos, "comenta o professor Andrew Forsyth da Escola de Eletrônica e Engenharia Elétrica.

p Seu colega, o professor Robert Dryfe, da Escola de Química, realiza experimentos para analisar as interações químicas entre o grafeno e os íons de lítio. O professor Dryfe também está explorando a rapidez com que os elétrons são transferidos através do grafeno e a magnitude da capacitância - a quantidade de energia elétrica que pode ser armazenada nas superfícies de grafeno.

p Os acadêmicos estão trabalhando com vários parceiros comerciais, incluindo Rolls-Royce, Materiais avançados da Sharp e Morgan. A parceria comercial é fundamental para o desenvolvimento de futuras aplicações do grafeno. Graphene @ Manchester está trabalhando atualmente com mais de 30 empresas de todo o mundo em projetos de pesquisa e aplicações.

p Outro foco do projeto são os supercapacitores à base de grafeno, que tendem a ter capacidade de alta potência e ciclo de vida mais longo do que as baterias, mas menor capacidade de armazenamento de energia. No entanto, eles prometem complementar as baterias como parte de uma solução de armazenamento integrada.

p De acordo com o professor Forsyth, uma combinação de baterias de grafeno e supercapacitores poderia dar um impulso sério às vendas de carros elétricos. Hoje, esses veículos verdes funcionam com baterias que pesam 200 kg - até três passageiros. Ao reduzir o peso das baterias, o grafeno deve aumentar a eficiência do veículo e aumentar a autonomia dos carros elétricos para além de 100 km - uma limitação que atualmente impede sua absorção generalizada.

p "Se pudermos estender as distâncias que os carros podem percorrer entre os pontos de carga, nós os tornaremos instantaneamente mais populares, "Professor Forsyth afirma." Mas como as baterias vão lidar com as tensões da vida real de dirigir? Os carros elétricos - como todos os outros veículos - não são dirigidos suavemente. Picos dramáticos na demanda de energia conforme os motoristas aceleram irão sobrecarregar a bateria e potencialmente limitar sua vida útil. "

p Para testar se o protótipo de baterias de grafeno e supercapacitores estão à altura do trabalho, O professor Forsyth irá expô-los a estresses do mundo real que imitam diferentes perfis de direção. "Podemos até testar a tecnologia para dirigir em condições climáticas extremas, "ele acrescentou." Muitas baterias lutam para funcionar em condições de frio, mas nossa câmara meteorológica revelará quaisquer fraquezas. "

p Claro, o armazenamento baseado em grafeno não se limita ao transporte. Ele poderia desempenhar um papel importante no futuro da rede elétrica nacional, à medida que a Grã-Bretanha se tornasse cada vez mais dependente de energia renovável. “Se dependermos da energia solar e eólica para produzir energia, o que acontecerá quando as nuvens bloquearem o sol e o vento for apenas uma brisa? "pergunta o professor Forsyth." Se pudermos desenvolver um armazenamento elétrico de alta capacidade, as operadoras serão capazes de armazenar eletricidade em épocas de baixa geração. "

p Uma bateria em escala de rede e um sistema conversor está sendo instalado no campus de Manchester para testar o armazenamento elétrico em grande escala. Os pesquisadores usarão o sistema de bateria para desenvolver métodos para controlar o fluxo de eletricidade e reconciliar as diferenças entre a geração de energia e a demanda local.