p Supondo que você seja geek o suficiente para abrir qualquer dispositivo móvel no mercado - um telefone, tablet ou laptop - o componente mais óbvio do dispositivo é a bateria:geralmente consome até (senão mais de) 60% do espaço. p É decepcionante pensar que os aparelhos que você carrega são basicamente pacotes de dispositivos de armazenamento de energia. Imagine como esses dispositivos poderiam ser muito mais portáteis se as baterias fossem menores e mais potentes.

p Essas possibilidades podem não estar longe.

p Capacitores eletroquímicos, como um tipo emergente de dispositivo avançado de armazenamento de energia, têm atributos melhores do que suas contrapartes de bateria convencionais, como capacidade de carregamento rápido e vida útil quase ilimitada.

p Hoje, no Ciência , meus colegas e eu mostramos como a capacidade de armazenamento de energia de um capacitor eletroquímico pode ser duplicada pela manipulação de uma única camada de átomos de carbono conhecida como grafeno.

p Evolução do capacitor eletroquímico

p Embora devamos ficar surpresos com o quanto aumentamos o poder de computação em um espaço reduzido (os primeiros computadores ocuparam salas inteiras), a eficiência de um dispositivo de armazenamento de energia - a quantidade de energia armazenada por unidade de volume - precisa ser alcançada.

p A ideia de aumentar essa eficiência é embalar mais ativos, materiais que armazenam energia na mesma quantidade de espaço. Por mais simples que pareça, é muito difícil de fazer.

p Um material comum usado em dispositivos de armazenamento de energia é o carbono poroso. O carbono poroso é produzido crivando um material de base, como casca de coco, com poros pequenos, aumentando a área de superfície do material de base.

p Os poros são importantes para o armazenamento capacitivo de energia, em termos gerais, mais poros significa maior área de superfície para adsorção física, o que, por sua vez, leva a uma maior capacidade de armazenamento.

p Carbono poroso tradicional, uma vez feito, tem volume definido com poros fixos espalhados aleatoriamente por dentro e por fora.

p Não é realmente possível reajustar a estrutura e acumular mais carbono poroso na mesma quantidade de espaço sem amassar uma fração dos poros que são especialmente cruciais para o armazenamento capacitivo de energia.

p Apresentando o grafeno

p O grafeno - uma folha de camada única de átomos de carbono - foi isolado pela primeira vez em 2004 e, desde então, grandes esforços têm sido dedicados à exploração de sua física.

p É o material mais fino conhecido pelo homem, ainda mais resistente do que o diamante. Ele canaliza elétrons praticamente sem resistência, tornando-o o material mais condutor.

p Grafeno também é o bloco de construção fundamental para o carbono poroso, então, começar com o grafeno nos dá o controle final sobre a estrutura do carbono poroso.

p Para embalar materiais ativos em uma determinada quantidade de espaço, tanto quanto possível, não é difícil descobrir a maneira mais eficiente de embalar o grafeno em folha de uma maneira cara a cara, conforme mostrado no diagrama abaixo.

p Mas os problemas surgem quando duas peças de grafeno estão muito próximas umas das outras. Como ímãs, quando colocado mais perto do que uma distância crítica, as folhas de grafeno irão aderir irreversivelmente umas às outras, diminuindo sua área de superfície, e como resultado, perdem sua capacidade de armazenamento de energia.

p Portanto, há um ponto ideal onde a embalagem de grafeno, nem muito solto nem muito compacto, está certo:carga máxima sem prejudicar sua capacidade de armazenar energia.

p Basta adicionar líquido

p Encontrar esse ponto ideal requer um ajuste fino da estrutura em nanoescala. Se você pensar em um material duro que não se deforma facilmente, isso parece desafiador - mas é natural que um líquido assuma a forma em que está contido.

p Inspirado por isso, usamos líquidos como mediadores entre as folhas de grafeno e conseguimos ajustar a embalagem do grafeno em filmes de maneira quase contínua, dando-nos o que chamamos de grafeno "suave".

p Capacitores eletroquímicos com base nos filmes resultantes podem obter densidades de energia volumétrica que se aproximam de 60 watts-hora por litro, que está se aproximando das baterias de chumbo-ácido encontradas nos carros.

p Nosso trabalho, como um exemplo das muitas características "suaves" do grafeno, irá encorajar pesquisadores dos campos do grafeno e da matéria mole a desenvolver novos conceitos "leves" para enfrentar os principais desafios científicos e técnicos relacionados à síntese escalável, processamento e montagem de materiais relacionados com o grafeno.

p Acreditamos que a implementação desta tecnologia irá revolucionar muitas seções de energia, como eletrônicos pessoais de carregamento rápido e acessíveis, veículos elétricos de longa distância. p Esta história foi publicada como cortesia de The Conversation (sob Creative Commons-Atribuição / Sem derivados).