p Houve um tempo, durante o desenvolvimento inicial de eletrônicos portáteis, em que o maior obstáculo a ser superado era tornar o dispositivo pequeno o suficiente para ser considerado portátil. Após a invenção do microprocessador no início dos anos 1970, miniatura, eletrônicos portáteis tornaram-se comuns e, desde então, o próximo desafio foi encontrar uma fonte de alimentação igualmente pequena e confiável. As baterias químicas armazenam muita energia, mas requerem um longo período de tempo para que a energia seja carregada e descarregada, além de ter uma vida útil limitada. Os capacitores carregam rapidamente, mas não podem armazenar carga suficiente para funcionar por tempo suficiente para serem práticos. Uma solução possível é algo chamado micro-supercapacitor de estado sólido (MSC). Os supercapacitores são armados com a energia de uma bateria e também podem sustentar essa energia por um período de tempo prolongado. Os pesquisadores tentaram criar MSCs no passado usando vários híbridos de metais e polímeros, mas nenhum era adequado para uso prático. Em ensaios mais recentes usando grafeno e nanotubos de carbono para fazer MSCs, os resultados foram igualmente sem brilho. p Uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Young Hee Lee, incluindo cientistas do Centro de Física Nanoestruturada Integrada do Instituto de Ciências Básicas (IBS) e do Departamento de Ciência da Energia da Universidade Sungkyunkwan na Coreia do Sul, desenvolveu uma nova técnica para criar um MSC que não tem as deficiências das tentativas anteriores, mas, em vez disso, oferece alto desempenho eletroquímico.
p Ao projetar algo novo e complexo, às vezes, a melhor inspiração é aquela já encontrada na natureza. A equipe modelou a estrutura do filme MSC em folhas com textura de veias naturais, a fim de aproveitar as vias de transporte naturais que permitem a difusão de íons eficiente paralela aos planos de grafeno encontrados dentro delas.
p Para criar este final, forma eficiente, a equipe preparou uma camada de filme híbrido de grafeno com nanofios de hidróxido de cobre. Depois de muitas camadas alternadas, eles alcançaram a espessura desejada, e adicionou uma solução ácida para dissolver os nanofios de modo que um filme fino com nanoimpressões fosse tudo o que restasse.
p Para fabricar os MSCs, o filme foi aplicado a uma camada de plástico com Tiras de ouro paralelas com ~ 5μm de comprimento colocadas na parte superior. Tudo o que não estava coberto pelas tiras de ouro foi quimicamente gravado de forma que apenas as tiras de ouro no topo de uma camada de filme foram deixadas. Almofadas de contato de ouro perpendiculares às tiras de ouro foram adicionadas e um gel condutor preencheu os espaços restantes e foi permitido solidificar. Depois de retirado da camada de plástico, os MSCs acabados lembram fita adesiva transparente com fios elétricos dourados em lados opostos.
p A equipe produziu resultados de teste impressionantes. Além de sua densidade de energia superior, o filme é altamente flexível e realmente aumenta a capacitância após o uso inicial. A densidade de energia volumétrica era 10 vezes maior do que os supercapacitores comerciais disponíveis e também muito superior a qualquer outra pesquisa recente. Os MSCs estão exibindo propriedades elétricas cerca de cinco ordens de magnitude maiores do que as baterias de lítio semelhantes e são comparáveis às existentes, supercapacitores maiores. De acordo com Lee, "Para nosso conhecimento, a densidade de energia volumétrica e a densidade de energia volumétrica máxima em nosso trabalho são os valores mais altos entre todos os MSCs de estado sólido baseados em carbono relatados até o momento. "
p No futuro, os consumidores provavelmente irão alimentar seus dispositivos com MSCs em vez de baterias. Aplicações para luz, armazenamento confiável de energia combinado com uma longa vida útil e rápido tempo de carga / descarga. Os MSCs da equipe podem ser incorporados em um chip de circuito eletrônico como fontes de energia para aplicações práticas, como dispositivos médicos implantáveis, etiquetas de identificação de radiofrequência ativas, e micro robôs. Se os engenheiros utilizarem a incrível flexibilidade do material, esses MSCs podem ser utilizados em portáteis, extensível, e até mesmo dispositivos eletrônicos vestíveis.
