p Pesquisadores da Duke University e da Michigan State University criaram um novo tipo de supercapacitor que permanece totalmente funcional mesmo quando esticado para oito vezes seu tamanho original. Não apresenta qualquer desgaste por ser esticado repetidamente e perde apenas alguns pontos percentuais de desempenho energético após 10, 000 ciclos de carga e descarga. p Os pesquisadores imaginam que o supercapacitor seja parte de um sistema independente de energia, extensível, sistema eletrônico flexível para aplicações como eletrônicos vestíveis ou dispositivos biomédicos.

p Os resultados aparecem online em 19 de março em Matéria , um jornal da Cell Press. A equipe de pesquisa inclui o autor sênior Changyong Cao, professor assistente de embalagem, engenharia mecânica e elétrica e engenharia da computação na Michigan State University (MSU), e o autor sênior Jeff Glass, professor de engenharia elétrica e da computação na Duke. Seus co-autores são estudantes de doutorado Yihao Zhou e Qiwei Han e o cientista pesquisador Charles Parker de Duke, bem como Ph.D. estudante Yunteng Cao dos Institutos de Tecnologia de Massachusetts.

p "Nosso objetivo é desenvolver dispositivos inovadores que possam sobreviver a deformações mecânicas como alongamento, torcer ou dobrar sem perder desempenho, "disse Cao, diretor do Laboratório de Soft Machines e Eletrônica da MSU. "Mas se a fonte de energia de um dispositivo eletrônico extensível não for extensível, então, todo o sistema do dispositivo será restringido para não ser esticável. "

p Um supercapacitor (também conhecido como ultracapacitor) armazena energia como uma bateria, mas com algumas diferenças importantes. Ao contrário das baterias, que armazenam energia quimicamente e geram cargas por meio de reações químicas, um supercapacitor eletrostático de camada dupla (EDLSC), armazena energia por meio da separação de carga e não pode criar sua própria eletricidade. Deve ser cobrado de uma fonte externa. Durante o carregamento, elétrons são acumulados em uma parte do dispositivo e removidos da outra, de modo que quando os dois lados estão conectados, eletricidade flui rapidamente entre eles.

p Também ao contrário das baterias, supercapacitores são capazes de descarregar sua energia em rajadas curtas, mas massivas, ao invés de um longo, gotejamento lento. Eles também podem carregar e descarregar muito mais rápido do que uma bateria e tolerar muito mais ciclos de carga e descarga do que uma bateria recarregável. Isso os torna perfeitos para resumir, aplicações de alta potência, como disparar o flash em uma câmera ou os amplificadores em um aparelho de som.

p Mas a maioria dos supercapacitores é tão dura e quebradiça quanto qualquer outro componente de uma placa de circuito. É por isso que Cao e Glass passaram anos trabalhando em uma versão extensível.

p Em seu novo jornal, os pesquisadores demonstram o culminar de seu trabalho até este ponto, fabricar um supercapacitor do tamanho de um selo que pode transportar mais de dois volts. Ao conectar quatro juntos, como muitos dispositivos exigem para baterias AA ou AAA, os supercapacitores podiam alimentar um relógio Casio de dois volts por uma hora e meia.

p Para tornar os supercapacitores extensíveis, Glass e sua equipe de pesquisa primeiro cultivam uma floresta de nanotubos de carbono - um pedaço de milhões de nanotubos com apenas 15 nanômetros de diâmetro e 20-30 micrômetros de altura - no topo de uma pastilha de silício. É mais ou menos a largura da menor bactéria e a altura da célula animal que ela infecta.

p Os pesquisadores então revestem uma fina camada de nanofilme de ouro no topo da floresta de nanotubos de carbono. A camada de ouro atua como uma espécie de coletor elétrico, diminuindo a resistência do dispositivo uma ordem de magnitude abaixo das versões anteriores, o que permite que o dispositivo carregue e descarregue muito mais rápido.

p Glass então passa o processo de engenharia para Cao, que transfere a floresta de nanotubos de carbono para um substrato de elastômero pré-esticado com a base de ouro voltada para baixo. O eletrodo preenchido com gel é então relaxado para permitir que a pré-tensão seja liberada, fazendo com que ele diminua para um quarto de seu tamanho original. Este processo amassa a fina camada de ouro e esmaga as "árvores" na floresta de nanotubos de carbono.

p "O amassamento aumenta muito a quantidade de área de superfície disponível em uma pequena quantidade de espaço, o que aumenta a quantidade de carga que pode conter, "explicou Glass." Se tivéssemos todo o espaço do mundo para trabalhar, uma superfície plana funcionaria bem. Mas se quisermos um supercapacitor que possa ser usado em dispositivos reais, precisamos torná-lo o menor possível. "

p A floresta super densa é então preenchida com um eletrólito em gel que pode prender elétrons na superfície dos nanotubos. Quando dois desses eletrodos finais são colocados juntos, uma tensão aplicada carrega um lado com elétrons enquanto o outro é drenado, criando um supercapacitor superesticável carregado.

p "Ainda temos trabalho a fazer para construir um sistema eletrônico extensível completo, - disse Cao. - O supercapacitor demonstrado neste artigo ainda não foi tão longe quanto desejamos. Mas com esta base de um supercapacitor extensível robusto, seremos capazes de integrá-lo em um sistema que consiste em fios extensíveis, sensores e detectores para criar dispositivos totalmente extensíveis. "

p Supercapacitores extensíveis, os pesquisadores explicam, poderia alimentar alguns dispositivos futuristas por conta própria, ou eles podem ser combinados com outros componentes para superar os desafios de engenharia. Por exemplo, supercapacitores podem ser carregados em questão de segundos e, em seguida, recarregar lentamente uma bateria que atua como a principal fonte de energia para um dispositivo. Esta abordagem tem sido usada para frenagem regenerativa em carros híbridos, onde a energia é gerada mais rapidamente do que pode ser armazenada. Os supercapacitores aumentam a eficiência de todo o sistema. Ou como o Japão já demonstrou, supercapacitores podem alimentar um ônibus para o deslocamento urbano, completando uma recarga completa em cada parada no curto tempo que leva para carregar e descarregar passageiros.

p "Muitas pessoas querem acoplar supercapacitores e baterias, "Glass disse." Um supercapacitor pode carregar rapidamente e sobreviver a milhares ou até milhões de ciclos de carga, enquanto as baterias podem armazenar mais carga para que possam durar muito tempo. Colocá-los juntos oferece o melhor dos dois mundos. Eles desempenham duas funções diferentes dentro do mesmo sistema elétrico. "