p Vivemos nos tempos modernos, que está cheio de eletrônicos. Smartphones, laptops, tablets, e muitos outros dispositivos precisam de energia elétrica para funcionar. Dispositivos portáteis tornaram nossas vidas mais fáceis, portanto, soluções inovadoras em energia limpa e seu armazenamento são desejáveis. As baterias de íon-lítio (Li-ion) são as soluções mais comuns que dominam o mercado global e são um grande problema devido à sua recuperação insuficiente. Por causa de seu poder limitado, ciclo de vida curto, e natureza não favorável ao meio ambiente, cientistas recentemente se concentraram em novas soluções, como supercapacitores, que oferecem muito mais do que baterias. Porque? Vamos dar uma olhada mais de perto nesses dispositivos. p Os supercapacitores reúnem as propriedades de um capacitor padrão e da bateria de íons de lítio. Na prática, esses dispositivos armazenam mais energia do que os capacitores e fornecem energia mais rápido do que as baterias. Seu segredo está dentro, escondendo dois componentes essenciais. O primeiro são dois eletrodos altamente porosos feitos do material que conduz eletricidade; esses eletrodos são separados por uma membrana para evitar um atalho. O segundo é um eletrólito que desempenha um papel crucial nos supercapacitores. O eletrólito possui muitos íons que estão próximos uns dos outros e preenchem os poros. Existem dois tipos de íons - chamados de cátions com carga positiva e chamados de ânions com carga negativa.

p Quando o dispositivo é ligado (a diferença de potencial é aplicada entre esses dois eletrodos), íons começam a viajar para dentro e para fora dos poros (cátions e ânions se movem em direções opostas), e a corrente elétrica flui. Um dos materiais mais comumente usados ​​para manter a porosidade é o carvão ativado. Se os poros forem grandes, o dispositivo carrega rápido, mas armazena pouca energia. Se os poros forem estreitos, o dispositivo fornece mais energia, mas carrega mais lentamente. Isso significa que quanto menor, melhor? Sim, Contudo, a velocidade dos íons pensava que sua viagem nos poros precisava ser acelerada.

p Recentemente, um grupo internacional liderado por Svyatoslav Kondrat do Instituto de Físico-Química, A Academia Polonesa de Ciências (IPC PAS) apresentou um trabalho de pesquisa que descreve como acelerar o transporte de íons em poros estreitos. Porque? Para carregar o supercapacitor mais rápido. Em primeiro lugar, pesquisadores focados na teoria. Eles apresentaram poros semelhantes a fendas com um tamanho de cerca de 0,6 nm, isso é, 0,6 metros divididos em bilhões de pedaços, apenas ligeiramente maior do que o próprio íon, enquanto seu comprimento estava abaixo de 20 nm. Que tamanho pequeno! É ainda menor que os vírus.

p Quando os eletrodos são polarizados (o potencial externo é aplicado aos eletrodos para empurrar íons em direções específicas), os íons fora dos poros correm para os poros. Imagine que eles se movem como carros em uma rodovia, entrando em um túnel muito estreito. Contudo, em vez de dois, três, ou quatro pistas indo em direções opostas, todas as pistas são mescladas. Quando os carros andam rápido, a rodovia está muito lotada, e podem bloquear rapidamente o túnel e ficar presos no trânsito. O mesmo acontece com os íons. Quando a diferença de potencial aplicada a um eletrodo varia muito rápido, íons que entram nos poros do eletrodo bloqueiam os íons que tentam sair dos poros. Desta maneira, os poros estão obstruídos. O que isso significa na prática?

p As más notícias, significa carregamento mais lento (densidade de potência mais baixa) do supercapacitor. Os pesquisadores propuseram a solução:não vamos empurrar os íons muito rápido, mas, Nós vamos, também não muito lento; vamos ajustar a velocidade por uma pequena taxa de passo. Com base na ideia deles, eles realizaram múltiplas simulações de computador complexas que deram resultados promissores. Isso foi uma teoria. E quanto à prática? Svyatoslav Kondrat diz, "Tivemos os resultados da simulação, e ficamos curiosos para saber como funciona na prática. "Experimentos realizados no Volker Presser (INM, Saarbrücken) usou eletrodos altamente porosos cheios de íons. Os pesquisadores mostraram que os íons podem viajar mais rápido sem entupir os poros quando tratados com pequenos impulsos elétricos, em vez de carga ou descarga abrupta. Por aqui, eles descobriram como acelerar os processos de carga e descarga, mesmo que os poros do eletrodo sejam tão estreitos quanto 0,6 nm. A pesquisa foi feita no âmbito de uma colaboração internacional e relatada em 30 de novembro na revista. Nature Communications.

p Svyatoslav Kondrat diz, "Os resultados são encorajadores. É empolgante que também a descarga possa ser acelerada. É como fazer seus carros saírem do túnel mais rápido, mesmo que você tenha controle apenas sobre os carros fora do túnel. Isso é relevante para alguns processos como dessalinização capacitiva de água, onde a velocidade de operação é muito importante ".

p Suas descobertas abrem novas oportunidades para acelerar tremendamente o carregamento e a descarga, mesmo em poros subnanométricos. Esta abordagem para a nova aplicação de solução pode fornecer um novo caminho para o uso mais difundido desses dispositivos eletroquímicos ecológicos.