p Pesquisadores da Rice University criaram um estado sólido, supercapacitor baseado em nanotubos que promete combinar as melhores qualidades de baterias de alta energia e capacitores de carregamento rápido em um dispositivo adequado para ambientes extremos. p Um artigo do laboratório Rice do químico Robert Hauge, a ser publicado no jornal Carbono , relatou a criação de robusto, armazenamento de energia versátil que pode ser profundamente integrado na fabricação de dispositivos. Os usos potenciais abrangem nanocircuitos no chip para usinas de energia inteiras.

p Os capacitores padrão que regulam o fluxo ou fornecem rajadas rápidas de energia podem ser descarregados e recarregados centenas de milhares de vezes. Capacitores elétricos de camada dupla (EDLCs), geralmente conhecidos como supercapacitores, são híbridos que contêm centenas de vezes mais energia do que um capacitor padrão, como uma bateria, ao mesmo tempo em que mantém suas capacidades de carga / descarga rápida.

p Mas os EDLCs tradicionais dependem de eletrólitos líquidos ou gelatinosos que podem se decompor em condições muito quentes ou frias. No supercapacitor de arroz, um sólido, revestimento em nanoescala de material dielétrico de óxido substitui eletrólitos inteiramente.

p Os pesquisadores também aproveitaram a escala. A chave para a alta capacitância é dar aos elétrons mais área de superfície para habitar, e nada na Terra tem mais potencial para empacotar uma grande área de superfície em um espaço pequeno do que os nanotubos de carbono.

p Quando crescido, nanotubos se auto-montam em denso, estruturas alinhadas que se assemelham a carpetes felpudos microscópicos. Mesmo depois de serem transformados em supercapacitores independentes, cada feixe de nanotubos é 500 vezes mais longo do que largo. Um minúsculo chip pode conter centenas de milhares de pacotes.

p Para o novo dispositivo, a equipe do Rice desenvolveu uma série de feixes de 15-20 nanômetros de nanotubos de carbono de parede única de até 50 mícrons de comprimento. Hauge, um distinto professor de química, liderou o esforço com o ex-aluno de pós-graduação da Rice Cary Pint, primeiro autor do artigo e agora pesquisador da Intel, e Nolan Nicholas, agora pesquisador da Matric.

p A matriz foi então transferida para um eletrodo de cobre com finas camadas de ouro e titânio para auxiliar na adesão e estabilidade elétrica. Os feixes de nanotubos (os eletrodos primários) foram dopados com ácido sulfúrico para aumentar suas propriedades condutoras; em seguida, eles foram cobertos com camadas finas de óxido de alumínio (a camada dielétrica) e óxido de zinco dopado com alumínio (o contraeletrodo) por meio de um processo chamado deposição de camada atômica (ALD). Um eletrodo superior de tinta prateada completou o circuito.

p "Essencialmente, você obtém esta estrutura de metal / isolante / metal, "disse Pint." Ninguém nunca fez isso com um material de razão de aspecto tão alto e utilizando um processo como ALD. "

p Hauge disse que o novo supercapacitor é estável e escalonável. "Todas as soluções de estado sólido para armazenamento de energia serão intimamente integradas a muitos dispositivos futuros, incluindo telas flexíveis, bio-implantes, muitos tipos de sensores e todas as aplicações eletrônicas que se beneficiam de taxas rápidas de carga e descarga, " ele disse.

p Pint disse que o supercapacitor mantém uma carga em ciclos de alta frequência e pode ser integrado naturalmente aos materiais. Ele imaginou um corpo de carro elétrico que é uma bateria, ou um microrrobô com um a bordo, Fonte de alimentação não tóxica que pode ser injetada para fins terapêuticos na corrente sanguínea de um paciente.

p Pint disse que seria ideal para uso sob o tipo de condições extremas experimentadas por células solares baseadas no deserto ou em satélites, onde o peso também é um fator crítico. “O desafio para o futuro dos sistemas de energia é integrar as coisas de forma mais eficiente. Esta arquitetura de estado sólido está na vanguarda, " ele disse.