Capacitores são dispositivos de armazenamento de energia – consistindo de dois eletrodos e um eletrólito – que são capazes de carregar e descarregar rapidamente devido às propriedades de adsorção e dessorção de carga na interface eletrodo-eletrólito. Como o armazenamento de energia dos capacitores não envolve reações químicas, sua capacidade de armazenamento é menor que a das baterias de íons de lítio, mas são úteis para nivelamento de energia para energia renovável que requer carregamento repetido em altas correntes, energia de frenagem regenerativa para trens e carros híbridos, bem como dispositivos de compensação instantânea de queda de tensão que evitam falhas de equipamentos devido a relâmpagos. Eles também devem ser usados ​​para armazenar energia para dispositivos vestíveis em um futuro próximo.
A maioria dos capacitores usa um eletrólito líquido com baixo ponto de ebulição, que só pode ser usado em temperaturas abaixo de 80℃. Os capacitores cerâmicos que utilizam materiais inorgânicos sólidos como dielétricos podem ser usados ​​em temperaturas acima de 80℃, mas sua capacidade de armazenamento é muito menor do que os capacitores de eletrólitos líquidos, o que limita seu uso aos circuitos eletrônicos.

Para aumentar o armazenamento de energia dos capacitores, é necessário ter uma grande área de contato na interface entre o eletrodo e o eletrólito. Fazer uma grande área de contato é difícil usando eletrólitos sólidos; assim, a criação de um capacitor com alta capacidade de armazenamento que também possa operar em altas temperaturas é desejada há muito tempo.

Um grupo de pesquisa liderado pelo professor Akitoshi Hayashi da Graduate School of Engineering, Osaka Metropolitan University, desenvolveu um eletrólito sólido que é altamente deformável, permitindo que ele tenha uma grande área de contato com um eletrodo, que foi desenvolvido para ser usado para um óxido baseada em bateria de estado sólido.

Neste estudo, eles fabricaram um compósito usando o mesmo eletrólito sólido altamente deformável e carbono, depois o usaram para construir ambos os eletrodos para um capacitor de estado sólido do tipo bulk. Este capacitor é capaz de altas densidades de corrente e carga e descarga de alta capacidade em temperaturas de 200-300°C, criando os primeiros capacitores de estado sólido do tipo bulk do mundo. Os pesquisadores esperam que seu capacitor seja usado para melhorar a tecnologia para ambientes de alta temperatura, que não puderam ser desenvolvidos anteriormente devido a essas limitações técnicas.

"A chave para realizar este capacitor foi pegar os eletrólitos de óxido sólido que desenvolvemos para baterias de lítio de estado sólido - que combinam excelente deformabilidade e condutividade de íons de lítio - e aplicá-los aos capacitores", explicou o professor Hayashi.

No futuro, os pesquisadores esperam construir capacitores híbridos de estado sólido com densidades de energia ainda mais altas, controlando a reação química entre um eletrólito sólido e o carbono, combinando-os com materiais de eletrodos positivos usados ​​em baterias de íons de lítio.

A pesquisa foi publicada no Journal of Power Sources . + Explorar mais

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