Um novo supercapacitor dobrável feito de grafeno, que carrega com rapidez e segurança, armazena um nível recorde de energia para uso por um longo período. Crédito:Dr. Zhuangnan Li (UCL)
Enquanto está no estágio de prova de conceito, mostra um enorme potencial como fonte de alimentação portátil em várias aplicações práticas, incluindo veículos elétricos, telefones e tecnologia vestível.
A descoberta, publicado hoje em Nature Energy , supera o problema enfrentado por alta potência, supercapacitores de carregamento rápido - que geralmente não conseguem reter uma grande quantidade de energia em um espaço pequeno.
Primeiro autor do estudo, Dr. Zhuangnan Li (UCL Química), disse:"Nosso novo supercapacitor é extremamente promissor para a tecnologia de armazenamento de energia de próxima geração, tanto como um substituto para a tecnologia de bateria atual, ou para usar junto com ele, para fornecer ao usuário mais poder.
"Projetamos materiais que dariam ao nosso supercapacitor uma alta densidade de potência - isto é, a rapidez com que ele pode carregar ou descarregar - e uma alta densidade de energia - que determinará por quanto tempo ele pode funcionar. Normalmente, você só pode ter uma dessas características, mas nosso supercapacitor fornece as duas, que é um avanço crítico.
"Além disso, o supercapacitor pode dobrar a 180 graus sem afetar o desempenho e não usa um eletrólito líquido, o que minimiza qualquer risco de explosão e o torna perfeito para integração em telefones flexíveis ou eletrônicos vestíveis. "
Uma equipe de químicos, engenheiros e físicos trabalharam no novo design, que usa um material de eletrodo de grafeno inovador com poros que podem ser alterados em tamanho para armazenar a carga de forma mais eficiente. Este ajuste maximiza a densidade de energia do supercapacitor para um recorde de 88,1 Wh / L (Watt-hora por litro), que é a densidade de energia mais alta já relatada para supercapacitores à base de carbono.
A tecnologia comercial de carregamento rápido semelhante tem uma densidade de energia relativamente baixa de 5-8 Wh / L e as baterias de chumbo-ácido tradicionais de carregamento lento, mas de longa duração, usadas em veículos elétricos normalmente têm 50-90 Wh / L.
Um novo supercapacitor dobrável feito de grafeno pode dobrar a 180 graus sem afetar o desempenho e não usa um eletrólito líquido, o que minimiza qualquer risco de explosão e o torna perfeito para integração em telefones flexíveis ou eletrônicos vestíveis. Crédito:Dr. Zhuangnan Li (UCL)
Embora o supercapacitor desenvolvido pela equipe tenha uma densidade de energia comparável ao valor de última geração das baterias de chumbo-ácido, sua densidade de potência é duas ordens de magnitude maior, acima de 10, 000 Watt por litro.
Autor sênior e decano da UCL Mathematical &Physical Sciences, Professor Ivan Parkin (UCL Química), disse:"Armazenar com sucesso uma grande quantidade de energia com segurança em um sistema compacto é um passo significativo em direção a uma tecnologia de armazenamento de energia aprimorada. Nós mostramos que carrega rapidamente, podemos controlar sua saída e tem excelente durabilidade e flexibilidade, tornando-o ideal para desenvolvimento para uso em eletrônicos miniaturizados e veículos elétricos. Imagine precisar de apenas dez minutos para carregar totalmente o seu carro elétrico ou alguns minutos para o seu telefone e durar o dia todo. "
Os pesquisadores fizeram eletrodos de múltiplas camadas de grafeno, criando um denso, mas um material poroso capaz de reter íons carregados de tamanhos diferentes. Eles o caracterizaram usando uma variedade de técnicas e descobriram que seu desempenho era melhor quando os tamanhos dos poros correspondiam ao diâmetro dos íons no eletrólito.
O material otimizado, que forma uma película fina, foi usado para construir um dispositivo de prova de conceito com uma alta potência e alta densidade de energia.
O supercapacitor de 6 cm x 6 cm foi feito de dois eletrodos idênticos em camadas de cada lado de uma substância semelhante a um gel que agia como um meio químico para a transferência de carga elétrica. Isso foi usado para alimentar dezenas de diodos emissores de luz (LEDs) e foi considerado altamente robusto, flexível e estável.
Mesmo quando dobrado em 180 graus, teve quase o mesmo desempenho de quando estava plano, e depois de 5, 000 ciclos, reteve 97,8% de sua capacidade.
Autor sênior, Professor Feng Li (Academia Chinesa de Ciências), disse:"Nos próximos trinta anos, o mundo da tecnologia inteligente vai acelerar, o que mudará muito a comunicação, transporte e nossas vidas diárias. Ao tornar o armazenamento de energia mais inteligente, os dispositivos se tornarão invisíveis para nós ao trabalharem de forma automática e interativa com os aparelhos. Nossas células inteligentes são um ótimo exemplo de como a experiência do usuário pode ser melhorada e mostram um enorme potencial como fonte de alimentação portátil em aplicações futuras. "
