Pesquisadores da North Carolina State University descobriram que um material que incorpora camadas atomicamente finas de água é capaz de armazenar e fornecer energia muito mais rapidamente do que o mesmo material que não inclui as camadas de água. A descoberta levanta algumas questões interessantes sobre o comportamento dos líquidos quando confinados nesta escala e é uma promessa para moldar as futuras tecnologias de armazenamento de energia.

"Esta é uma prova de conceito, mas a ideia de usar água ou outros solventes para "ajustar" o transporte de íons em um material em camadas é muito excitante, "diz Veronica Augustyn, professor assistente de ciência dos materiais e engenharia na NC State e autor correspondente de um artigo que descreve o trabalho. "A ideia fundamental é que isso poderia permitir que uma quantidade maior de energia seja armazenada por unidade de volume, difusão mais rápida de íons através do material, e transferência de carga mais rápida.

"Novamente, este é apenas um primeiro passo, mas esta linha de investigação pode levar a coisas como baterias mais finas, armazenamento mais rápido para redes de energia de base renovável, ou aceleração mais rápida em veículos elétricos, "Augustyn diz.

"O objetivo de muitos pesquisadores de armazenamento de energia é criar tecnologias que tenham a alta densidade de energia das baterias e a alta potência dos capacitores, "diz James Mitchell, um Ph.D. estudante da NC State e principal autor do artigo. "Pseudocapacitores como o que discutimos no artigo podem nos permitir desenvolver tecnologias que preenchem essa lacuna."

Para este trabalho, os pesquisadores compararam dois materiais:um óxido de tungstênio cristalino e um em camadas, hidrato de óxido de tungstênio cristalino - que consiste em camadas de óxido de tungstênio cristalinas separadas por camadas atomicamente finas de água.

Ao carregar os dois materiais por 10 minutos, os pesquisadores descobriram que o óxido de tungstênio regular armazenava mais energia do que o hidrato. Mas quando o período de carregamento era de apenas 12 segundos, o hidrato armazenava mais energia do que o material normal. Uma coisa que é intrigante, os pesquisadores dizem, é que o hidrato armazenou energia com mais eficiência - desperdiçando menos energia na forma de calor.

"Incorporar essas camadas de solvente pode ser uma nova estratégia para dispositivos de armazenamento de energia de alta potência que fazem uso de materiais em camadas, "Augustyn diz." Achamos que a camada de água atua como um caminho que facilita a transferência de íons através do material.

"Agora estamos avançando com o trabalho financiado pela National Science Foundation sobre como fazer o ajuste fino desse assim chamado 'interlayer, 'que esperamos que avance nosso entendimento desses materiais e nos aproxime dos dispositivos de armazenamento de energia da próxima geração. "

O papel, "Transição do comportamento da bateria para o pseudocapacitor via água estrutural em óxido de tungstênio, "é publicado na revista Química de Materiais .