Nosso uso de dispositivos e aparelhos alimentados por bateria tem aumentado constantemente, trazendo consigo a necessidade de segurança, eficiente, e fontes de alimentação de alto desempenho. Para este fim, um tipo de dispositivo de armazenamento de energia elétrica chamado supercapacitor começou recentemente a ser considerado viável, e às vezes ainda melhor, alternativa aos dispositivos convencionais de armazenamento de energia amplamente usados, como baterias de íon-lítio. Os supercapacitores podem carregar e descarregar muito mais rapidamente do que as baterias convencionais e também continuar a fazê-lo por muito mais tempo. Isso os torna adequados para uma variedade de aplicações, como frenagem regenerativa em veículos, dispositivos eletrônicos vestíveis, e assim por diante. "Se um supercapacitor de alto desempenho usando um não inflamável, não tóxico, e eletrólito aquoso seguro pode ser criado, pode ser incorporado em dispositivos vestíveis e outros dispositivos, contribuindo para um boom na Internet das Coisas, "Dr. Takeshi Kondo, quem é o cientista líder em um estudo inovador recente na área, diz.

Ainda, apesar de seu potencial, supercapacitores, Atualmente, têm certas desvantagens que estão impedindo seu uso generalizado. Um grande problema é que eles têm baixa densidade de energia, ou seja, eles armazenam energia insuficiente por unidade de área de seu espaço. Os cientistas primeiro tentaram resolver este problema usando solventes orgânicos como o eletrólito - o meio condutor - dentro dos supercondensadores para aumentar a voltagem gerada (observe que o quadrado da voltagem é diretamente proporcional à densidade de energia em dispositivos de armazenamento de energia). Mas os solventes orgânicos são caros e têm baixa condutividade. Então, possivelmente, um eletrólito aquoso seria melhor, os cientistas pensaram. Assim, o desenvolvimento de componentes de supercapacitores que seriam eficazes com eletrólitos aquosos tornou-se um tópico central de pesquisa na área.

No estudo recente mencionado, publicado em Relatórios Científicos , Dr. Kondo e um grupo da Universidade de Ciência de Tóquio e Daicel Corporation no Japão exploraram a possibilidade de usar um novo material, o nanodiamante dopado com boro, como eletrodo nos supercapacitores - eletrodos são os materiais condutores em uma bateria ou capacitor que conecta o eletrólito com fios externos, para transportar a corrente para fora do sistema. A escolha do material do eletrodo deste grupo de pesquisa foi baseada no conhecimento de que os diamantes dopados com boro têm uma ampla janela de potencial, um recurso que permite que um dispositivo de armazenamento de alta energia permaneça estável ao longo do tempo. "Pensamos que supercapacitores à base de água produzindo uma grande voltagem poderiam ser realizados se o diamante condutor fosse usado como um material de eletrodo, "Dr. Kondo diz.

Os cientistas usaram uma técnica chamada deposição química de vapor assistida por plasma de microondas, MPCVD, para fabricar esses eletrodos e examinar seu desempenho testando suas propriedades. Eles descobriram que, em um sistema básico de dois eletrodos com um eletrólito de ácido sulfúrico aquoso, esses eletrodos produziram uma voltagem muito mais alta do que as células convencionais, resultando em densidades de energia e potência muito maiores para o supercapacitor. Avançar, eles viram que mesmo depois de 10, 000 ciclos de carga e descarga, o eletrodo permaneceu muito estável. O nanodiamante dopado com boro provou seu valor.

Armado com este sucesso, os cientistas então se aventuraram a explorar se este material de eletrodo mostraria os mesmos resultados se o eletrólito fosse alterado para solução saturada de perclorato de sódio, que é conhecido por permitir a produção de uma voltagem mais alta do que o que é possível com o eletrólito de ácido sulfúrico convencional. De fato, a já alta tensão gerada expandiu consideravelmente nesta configuração. Assim, como o Dr. Kondo disse, "os eletrodos de nanodiamante dopados com boro são úteis para supercapacitores aquosos, que funcionam como dispositivos de armazenamento de alta energia adequados para carregamento e descarregamento em alta velocidade. "

Parece que os diamantes podem conduzir nossas vidas eletrônicas e físicas em um futuro próximo.