p (Phys.org) - Pesquisadores do California NanoSystems Institute (CNSI) da UCLA prepararam o terreno para um divisor de águas no armazenamento de energia móvel usando um material especial de grafeno para aumentar significativamente a densidade de energia dos capacitores eletroquímicos, colocando-os no mesmo nível das baterias de chumbo-ácido. p O material, chamado de estrutura de grafeno holey, tem uma dimensão tridimensional, estrutura perfurada caracterizada por pequenos orifícios; não só aumenta a densidade de energia (a quantidade de energia armazenada e pronta para uso), mas permite que os capacitores eletroquímicos mantenham sua alta densidade de potência (a quantidade de energia por unidade de massa ou volume), de acordo com Xiangfeng Duan, um professor de química e bioquímica da UCLA que liderou a pesquisa.

p Capacitores eletroquímicos, também conhecido como ECs ou supercapacitores, são uma tecnologia importante para o futuro do armazenamento de energia e fontes de alimentação móveis, mas eles foram limitados pela baixa densidade de energia. Comparado com baterias tradicionais, Os ECs normalmente têm densidade de potência e ciclo de vida superiores - o número de ciclos completos de carga-descarga que uma fonte de energia pode suportar antes de diminuir para 80% de sua capacidade original e ser considerado "desgastado". Mas eles tiveram densidade de energia de pelo menos uma ordem de magnitude abaixo das baterias.

p Como o principal componente de um CE é o material do eletrodo, que é responsável pelo desempenho geral do CE, pesquisas recentes têm se concentrado em novos materiais eficientes que são capazes de aumentar a densidade de energia sem sacrificar a densidade de energia ou o ciclo de vida. Um eletrodo EC de alto desempenho deve ter alta condutividade elétrica, uma alta área de superfície acessível a íons, uma alta taxa de transporte iônico e alta estabilidade eletroquímica.

p Os atuais ECs de última geração geralmente usam eletrodos de carvão ativado poroso com densidades de energia muito mais baixas do que as baterias de chumbo-ácido - 4 a 5 watts-hora por quilograma vs. 25 a 35 watts-hora por quilograma (5 a 7 watts-hora por litro vs. .50 a 90 watts-hora por litro).

p Em seu estudo, publicado online em 8 de agosto na revista Nature Communications , os pesquisadores do CNSI liderados por Duan usaram uma estrutura de grafeno holey 3D altamente interconectada como o material do eletrodo para criar um EC com desempenho sem precedentes. O eletrodo demonstra condutividade elétrica superior, flexibilidade mecânica excepcional e porosidade hierárquica única, garantindo o transporte eficiente de elétrons e íons e possibilitando as maiores densidades de energia gravimétrica de 127 watt-hora por quilograma e densidade de energia volumétrica de 90 watt-hora por litro.

p Além disso, a equipe mostrou que um CE totalmente embalado exibe densidades de energia incomparáveis ​​de 35 watts-hora por quilograma (49 watts-hora por litro) - cerca de cinco a 10 vezes maior do que os supercapacitores comerciais atuais e no mesmo nível das baterias ácidas.

p "O holey grahene EC preenche a lacuna de densidade de energia entre os capacitores tradicionais e as baterias, ainda com densidade de potência muito maior, "Duan disse." Isso cria oportunidades empolgantes para fontes de alimentação móveis para muitas aplicações, de telefones celulares a veículos elétricos. "