Imagine se o seu laptop ou telefone morto pudesse carregar em um minuto ou se um carro elétrico pudesse ser totalmente carregado em 10 minutos.

Embora ainda não seja possível, novas pesquisas realizadas por uma equipe de cientistas da CU Boulder poderiam levar a tais avanços.

Publicado hoje nos Proceedings of the National Academy of Sciences , pesquisadores do laboratório de Ankur Gupta descobriram como minúsculas partículas carregadas, chamadas íons, se movem dentro de uma rede complexa de poros minúsculos. A descoberta poderá levar ao desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia mais eficientes, como supercapacitores, disse Gupta, professor assistente de engenharia química e biológica.

“Dado o papel crítico da energia no futuro do planeta, senti-me inspirado a aplicar os meus conhecimentos de engenharia química em dispositivos avançados de armazenamento de energia”, disse Gupta. “Parecia que o tema era pouco explorado e, como tal, era a oportunidade perfeita.”

Gupta explicou que diversas técnicas de engenharia química são utilizadas para estudar o escoamento em materiais porosos, como reservatórios de petróleo e filtragem de água, mas não têm sido totalmente utilizadas em alguns sistemas de armazenamento de energia.

A descoberta é significativa não só para o armazenamento de energia em veículos e dispositivos eletrónicos, mas também para as redes elétricas, onde a flutuação da procura de energia exige um armazenamento eficiente para evitar desperdícios durante períodos de baixa procura e para garantir um fornecimento rápido durante períodos de elevada procura.

Os supercapacitores, dispositivos de armazenamento de energia que dependem do acúmulo de íons em seus poros, têm tempos de carregamento rápidos e vida útil mais longa em comparação com as baterias.

“O principal apelo dos supercapacitores reside na sua velocidade”, disse Gupta. "Então, como podemos acelerar o carregamento e a liberação de energia? Através do movimento mais eficiente dos íons."

Suas descobertas modificam a lei de Kirchhoff, que rege o fluxo de corrente em circuitos elétricos desde 1845 e é um elemento básico nas aulas de ciências dos alunos do ensino médio. Ao contrário dos eletrões, os iões movem-se devido a campos elétricos e à difusão, e os investigadores determinaram que os seus movimentos nas interseções dos poros são diferentes do que foi descrito na lei de Kirchhoff.

Antes do estudo, os movimentos iônicos eram descritos na literatura apenas em um poro reto. Através desta pesquisa, o movimento iônico em uma rede complexa de milhares de poros interconectados pode ser simulado e previsto em poucos minutos.

“Esse é o salto do trabalho”, disse Gupta. "Encontramos o elo perdido."