Pesquisa liderada por um cientista de Stanford promete aumentar o desempenho de dispositivos de armazenamento elétrico de alta potência, como baterias de carro.

Em trabalho publicado esta semana em Cartas de Física Aplicada , os pesquisadores descrevem um modelo matemático para projetar novos materiais para armazenar eletricidade. O modelo pode ser um grande benefício para químicos e cientistas de materiais, que tradicionalmente confiam na tentativa e erro para criar novos materiais para baterias e capacitores. O avanço de novos materiais para armazenamento de energia é um passo importante para reduzir as emissões de carbono nos setores de transporte e eletricidade.

"O potencial aqui é que você poderia construir baterias que duram muito mais e torná-las muito menores, "disse o co-autor do estudo Daniel Tartakovsky, um professor da Escola da Terra, Energia e Ciências Ambientais. "Se você pudesse projetar um material com uma capacidade de armazenamento muito superior ao que temos hoje, então você poderia melhorar drasticamente o desempenho das baterias. "

Abaixando uma barreira

Um dos principais obstáculos para a transição de combustíveis fósseis para renováveis ​​é a capacidade de armazenar energia para uso posterior, como durante as horas em que o sol não está brilhando, no caso da energia solar. Procura por barato, o armazenamento eficiente aumentou à medida que mais empresas recorrem a fontes de energia renováveis, que oferecem benefícios significativos para a saúde pública.

Tartakovsky espera que os novos materiais desenvolvidos por meio deste modelo melhorem os supercapacitores, um tipo de armazenamento de energia de última geração que pode substituir as baterias recarregáveis ​​em dispositivos de alta tecnologia, como telefones celulares e veículos elétricos. Supercapacitores combinam o melhor do que está disponível atualmente para armazenamento de energia - baterias, que retêm muita energia, mas carregam lentamente, e capacitores, que carregam rapidamente, mas mantêm pouca energia. Os materiais devem ser capazes de suportar alta potência e alta energia para evitar quebras, explodindo ou pegando fogo.

"As baterias atuais e outros dispositivos de armazenamento são um grande gargalo para a transição para a energia limpa, "Tartakovsky disse." Há muitas pessoas trabalhando nisso, mas esta é uma nova abordagem para examinar o problema. "

Os tipos de materiais amplamente utilizados para desenvolver o armazenamento de energia, conhecidos como materiais nanoporosos, parecem sólidas ao olho humano, mas contêm orifícios microscópicos que lhes conferem propriedades únicas. Desenvolvendo novos, possivelmente melhores materiais nanoporosos tem, até agora, Foi uma questão de tentativa e erro - organizar minúsculos grãos de sílica de diferentes tamanhos em um molde, encher o molde com uma substância sólida e depois dissolver os grãos para criar um material contendo muitos pequenos orifícios. O método requer planejamento extensivo, trabalho, experimentação e modificações, sem garantir o resultado final será a melhor opção possível.

“Desenvolvemos um modelo que permitiria aos químicos de materiais saber o que esperar em termos de desempenho se os grãos estivessem dispostos de uma determinada maneira, sem passar por esses experimentos, "Tartakovsky disse." Esta estrutura também mostra que se você organizar seus grãos como o modelo sugere, então você obterá o desempenho máximo. "

Além da energia

A energia é apenas uma indústria que faz uso de materiais nanoporosos, e Tartakovsky disse que espera que este modelo seja aplicável em outras áreas, também.

"Este aplicativo específico é para armazenamento elétrico, mas você também pode usá-lo para dessalinização, ou qualquer purificação de membrana, "disse ele." A estrutura permite que você lide com diferentes produtos químicos, para que você possa aplicá-lo a qualquer material poroso que projete. "

A pesquisa de modelagem matemática de Tartakovsky abrange a neurociência, desenvolvimento Urbano, remédios e muito mais. Como cientista da Terra e professor de engenharia de recursos energéticos, ele é um especialista em fluxo e transporte de meios porosos, conhecimento que muitas vezes é subutilizado entre as disciplinas, ele disse. O interesse de Tartakovsky em otimizar o design da bateria resultou da colaboração com uma equipe de engenharia de materiais da Universidade de Nagasaki no Japão.

"Este meu colaborador japonês nunca tinha pensado em falar com hidrólogos, "Tartakovsky disse." Não é óbvio, a menos que você faça equações - se você fizer equações, então você entende que esses problemas são semelhantes. "