Uma equipe de pesquisa liderada pela Tohoku University no Japão desenvolveu novos materiais para supercapacitores com voltagem mais alta e melhor estabilidade do que outros materiais. A pesquisa deles foi publicada recentemente no jornal Energia e Ciência Ambiental .

Supercapacitores são dispositivos recarregáveis ​​de armazenamento de energia com uma ampla gama de aplicações, de máquinas a medidores inteligentes. Eles oferecem muitas vantagens em relação às baterias, incluindo carregamento mais rápido e maior expectativa de vida, mas eles não são tão bons em armazenar muita energia.

Os cientistas há muito procuram materiais de alto desempenho para supercapacitores que possam atender aos requisitos de aplicações que consomem muita energia, como carros. "É muito desafiador encontrar materiais que possam operar em alta tensão e permanecer estáveis ​​em condições adversas, "diz Hirotomo Nishihara, cientista de materiais na Tohoku University e co-autor do artigo.

Nishihara e seus colegas colaboraram com a empresa de produção de supercapacitores TOC Capacitor Co. para desenvolver um novo material que exibe estabilidade extraordinariamente alta sob condições de alta tensão e alta temperatura.

Carbonos ativados são usados ​​para os eletrodos em capacitores, mas estes são limitados pela baixa voltagem em células individuais, os blocos de construção que compõem os capacitores. Isso significa que um grande número de células deve ser empilhado para atingir a voltagem necessária. Crucialmente, o novo material tem maior voltagem de célula única, reduzindo o número de empilhamento e permitindo que os dispositivos sejam mais compactos.

O novo material é uma folha feita a partir de uma estrutura tridimensional contínua de mesosponja de grafeno, um material à base de carbono contendo poros em nanoescala. Uma característica fundamental dos materiais é que são contínuos - contém um número muito pequeno de bordas de carbono, os locais onde as reações de corrosão se originam, e isso o torna extremamente estável.

Os pesquisadores investigaram as propriedades físicas de seu novo material usando microscopia eletrônica e uma série de testes físicos, incluindo difração de raios-X e técnicas de espectroscopia vibracional. Eles também testaram materiais comerciais à base de grafeno, incluindo nanotubos de carbono de parede simples, óxidos de grafeno reduzidos, e grafeno 3-D, usando carvões ativados como referência para comparação.

Eles mostraram que o material tinha excelente estabilidade em altas temperaturas de 60 ° C e alta voltagem de 3,5 volts em um eletrólito orgânico convencional. Significativamente, ele mostrou estabilidade ultra-alta a 25 ° C e 4,4 volts - 2,7 vezes maior do que os carvões ativados convencionais e outros materiais à base de grafeno. "Este é um recorde mundial para estabilidade de tensão de materiais de carbono em um supercapacitor simétrico, "diz Nishihara.

O novo material abre caminho para o desenvolvimento de produtos altamente duráveis, supercapacitores de alta tensão que podem ser usados ​​para muitas aplicações, incluindo veículos motorizados.