p Engenheiros mecânicos da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da UCLA Henry Samueli e quatro outras instituições projetaram um eletrodo supereficiente e de longa duração para supercapacitores. O design do dispositivo foi inspirado na estrutura e função das folhas nos galhos das árvores, e é mais de 10 vezes mais eficiente do que outros designs. p O projeto do eletrodo fornece a mesma quantidade de armazenamento de energia, e fornece tanto poder, como eletrodos semelhantes, apesar de ser muito menor e mais leve. Em experimentos, ele produziu uma capacitância 30 por cento melhor - a capacidade de um dispositivo de armazenar uma carga elétrica - para sua massa em comparação com o melhor eletrodo disponível feito de materiais de carbono semelhantes, e 30 vezes melhor capacitância por área. Ele também produziu 10 vezes mais energia do que outros projetos e reteve 95 por cento de sua capacitância inicial após mais de 10, 000 ciclos de carregamento.

p Seu trabalho é descrito no jornal Nature Communications .

p Supercapacitores são dispositivos de armazenamento de energia recarregáveis ​​que fornecem mais energia para seu tamanho do que baterias de tamanho semelhante. Eles também recarregam rapidamente, e duram centenas a milhares de ciclos de recarga. Hoje, eles são usados ​​em sistemas de frenagem regenerativa de carros híbridos e para outras aplicações. Os avanços na tecnologia do supercapacitor podem tornar seu uso generalizado como um complemento para, ou mesmo substituto para, as baterias mais conhecidas que os consumidores compram todos os dias para eletrônicos domésticos.

p Os engenheiros sabem que os supercapacitores podem ser mais poderosos do que os modelos de hoje, mas um desafio tem sido produzir eletrodos mais eficientes e duráveis. Eletrodos atraem íons, que armazenam energia, para a superfície do supercapacitor, onde essa energia se torna disponível para uso. Os íons em supercondensadores são armazenados em uma solução eletrolítica. A capacidade de um eletrodo de fornecer energia armazenada rapidamente é determinada em grande parte por quantos íons ele pode trocar com essa solução:quanto mais íons ele pode trocar, mais rápido ele pode fornecer energia.

p Sabendo que, os pesquisadores projetaram seu eletrodo para maximizar sua área de superfície, criando o maior espaço possível para atrair elétrons. Eles se inspiraram na estrutura das árvores, que são capazes de absorver grandes quantidades de dióxido de carbono para a fotossíntese por causa da área de superfície de suas folhas.

p "Muitas vezes encontramos inspiração na natureza, e as plantas descobriram a melhor maneira de absorver produtos químicos como o dióxido de carbono de seu ambiente, "disse Tim Fisher, o principal investigador do estudo e professor de engenharia mecânica e aeroespacial da UCLA. "Nesse caso, usamos essa ideia, mas a muito, escala muito menor - cerca de um milionésimo do tamanho, na verdade."

p Para criar o design de galhos e folhas, os pesquisadores usaram duas estruturas em nanoescala compostas por átomos de carbono. Os "ramos" são matrizes de ocos, nanotubos de carbono cilíndricos, cerca de 20 a 30 nanômetros de diâmetro; e as "folhas" são estruturas semelhantes a pétalas de arestas afiadas, cerca de 100 nanômetros de largura, que são feitos de grafeno - folhas ultrafinas de carbono. As folhas são então organizadas no perímetro das hastes do nanotubo. As pétalas de grafeno em forma de folha também fornecem estabilidade ao eletrodo.

p Os engenheiros então formaram as estruturas em matrizes em forma de túnel, em que os íons que transportam a energia armazenada fluem com muito menos resistência entre o eletrólito e a superfície para entregar energia do que fariam se as superfícies do eletrodo fossem planas.

p O eletrodo também funciona bem em condições ácidas e altas temperaturas, ambos os ambientes nos quais supercondensadores podem ser usados.