Químicos e engenheiros da Oregon State University descobriram uma maneira nova e fascinante de pegar parte do dióxido de carbono atmosférico que está causando o efeito estufa e usá-lo para produzir um material de alto valor para uso em produtos de armazenamento de energia.

Esta inovação em nanotecnologia não absorverá carbono suficiente para resolver o aquecimento global, pesquisadores dizem. Contudo, proporcionará um ambiente ecologicamente correto, maneira de baixo custo de fazer grafeno nanoporoso para uso em "supercapacitores" - dispositivos que podem armazenar energia e liberá-la rapidamente.

Esses dispositivos são usados ​​em tudo, desde a indústria pesada até produtos eletrônicos de consumo.

As descobertas acabaram de ser publicadas em Nano Energia por cientistas do OSU College of Science, OSU College of Engineering, Laboratório Nacional de Argonne, a University of South Florida e o National Energy Technology Laboratory em Albany, Minério. O trabalho foi apoiado pela OSU.

Na reação química que foi desenvolvida, o resultado final é grafeno nanoporoso, uma forma de carbono que está ordenada em sua estrutura atômica e cristalina. Tem uma enorme área de superfície específica de cerca de 1, 900 metros quadrados por grama de material. Por causa disso, ele tem uma condutividade elétrica pelo menos 10 vezes maior do que o carvão ativado agora usado para fazer supercapacitores comerciais.

"Existem outras maneiras de fabricar grafeno nanoporoso, mas essa abordagem é mais rápida, tem pouco impacto ambiental e custa menos, "disse Xiulei (David) Ji, um professor assistente de química da OSU na Faculdade de Ciências da OSU e principal autor do estudo. "O produto apresenta grande área de superfície, ótima condutividade e, mais importante, ele tem uma densidade razoavelmente alta que é comparável aos carvões ativados comerciais.

"E a fonte de carbono é o dióxido de carbono, que é um recurso sustentável, para dizer o mínimo, "Ji disse." Esta metodologia usa dióxido de carbono abundante enquanto faz produtos de armazenamento de energia de valor significativo. "

Como os materiais envolvidos são baratos e a fabricação é simples, esta abordagem tem o potencial de ser ampliada para a produção em níveis comerciais, Ji disse.

A reação química descrita neste estudo envolveu uma mistura de metais de magnésio e zinco, uma combinação descoberta pela primeira vez. Estes são aquecidos a uma alta temperatura na presença de um fluxo de dióxido de carbono para produzir uma reação "metalotérmica" controlada. A reação converteu os elementos em seus óxidos de metal e grafeno nanoporoso, uma forma pura de carbono que é extremamente forte e pode conduzir calor e eletricidade com eficiência. Os óxidos de metal poderiam mais tarde ser reciclados de volta em suas formas metálicas para tornar um processo industrial mais eficiente.

Por comparação, outros métodos para fazer grafeno nanoporoso costumam usar produtos químicos corrosivos e tóxicos, em sistemas que seriam desafiadores para uso em grandes níveis comerciais.

"A maioria dos supercapacitores de carbono comerciais agora usam carvão ativado como eletrodos, mas sua condutividade elétrica é muito baixa, "Ji disse." Queremos armazenamento rápido de energia e liberação que forneça mais potência, e, para esse propósito, o grafeno nanoporoso, mais condutor, funcionará muito melhor. Isso resolve um grande problema na criação de supercapacitores mais poderosos. "

Um supercapacitor é um tipo de dispositivo de armazenamento de energia, mas pode ser recarregado muito mais rápido do que uma bateria e tem muito mais energia. Eles são usados ​​principalmente em qualquer tipo de dispositivo onde armazenamento de energia rápido e curto, mas é necessária uma liberação de energia poderosa.

Eles estão sendo usados ​​em eletrônicos de consumo, e têm aplicações na indústria pesada, com a capacidade de alimentar qualquer coisa, desde um guindaste até uma empilhadeira. Um supercapacitor pode capturar energia que poderia ser desperdiçada, como nas operações de frenagem. E suas habilidades de armazenamento de energia podem ajudar a "suavizar" o fluxo de energia de sistemas de energia alternativos, como a energia eólica.

Eles podem alimentar um desfibrilador, abra os escorregadores de emergência em uma aeronave e melhore muito a eficiência dos automóveis elétricos híbridos. Materiais nanoporosos de carbono também podem adsorver gases poluentes, funcionam como filtros ambientais, ou ser usado no tratamento de água. Os usos estão se expandindo constantemente e têm sido limitados principalmente por seus custos.