Um pouco de sódio ajuda muito. Pelo menos esse é o caso da tecnologia de energia baseada em carbono. Especificamente, incorporar sódio em materiais de carbono pode melhorar tremendamente os eletrodos - o que pode agilizar a produção de células solares e supercapacitores.

Uma equipe de pesquisa liderada por Yun Hang Hu, o Charles e Carroll McArthur Professor de ciência de materiais e engenharia na Michigan Tech, criou uma nova maneira de sintetizar nanoparedes de carbono com sódio. Anteriormente, o material era apenas teórico e o periódico Nano Letras publicou recentemente esta invenção.

Melhor que grafeno

Alta condutividade elétrica e grande área de superfície acessível, que são necessários para materiais de eletrodo ideais em dispositivos de energia, opõem-se uns aos outros nos materiais atuais. O carbono amorfo tem baixa condutividade, mas grande área de superfície. Grafite, por outro lado, tem alta condutividade, mas baixa área de superfície. O grafeno tridimensional tem o melhor das duas propriedades - e o carbono embutido em sódio inventado por Hu na Michigan Tech é ainda melhor.

"A condutividade do carbono embutido em sódio é duas ordens de magnitude maior do que o grafeno tridimensional, "Hu diz." A estrutura do nanowall, com todos os seus canais e poros, também tem uma grande área de superfície acessível comparável ao grafeno. "

Isso é diferente do carbono dopado com metal, onde os metais estão simplesmente na superfície do carbono e são facilmente oxidados; incorporar um metal na estrutura de carbono real ajuda a protegê-lo. Para tornar esse material de sonho, Hu e sua equipe tiveram que criar um novo processo. Eles usaram uma reação de temperatura controlada entre o metal de sódio e o monóxido de carbono para criar um pó de carbono preto que prendia os átomos de sódio. Além disso, em colaboração com pesquisadores da Universidade de Michigan e da Universidade do Texas em Austin, eles demonstraram que o sódio estava embutido dentro do carbono em vez de aderido à superfície do carbono.

Apenas uma quantidade minúscula de sódio incorporado é necessária para resultar em alta condutividade para o carbono de grande área superficial, o que o torna um material de eletrodo promissor para dispositivos de energia, como células solares sensibilizadas por corante e supercapacitores.

Células solares

As células solares sensibilizadas por corante (DSSCs) são uma alternativa aos painéis à base de silício comumente usados ​​para a produção de eletricidade a partir da luz solar. Platina é o material do contra-eletrodo de corrente preferido para DSSCs.

"Contudo, o carbono embutido em sódio é menos caro e mais eficiente do que a platina nessas células solares, "Hu diz.

No mundo da célula solar sensibilizada por corante, cada décimo de um por cento conta para tornar os dispositivos mais eficientes e comercialmente viáveis. No estudo, a célula solar à base de platina atingiu uma eficiência de conversão de energia de 7,89 por cento, que é considerado padrão. Em comparação, a célula solar usando o carbono embutido em sódio de Hu alcançou eficiências de 11,03 por cento.

Supercapacitor

Os supercapacitores podem aceitar e fornecer cargas muito mais rápido do que as baterias recarregáveis ​​e são ideais para carros, trens, elevadores e outros equipamentos pesados. A potência de seu soco elétrico é medida em farads (F); a densidade do material, em gramas (g), também importa.

O carvão ativado é comumente usado para supercapacitores; ele embala um 71 F g ^-1 soco. O grafeno tridimensional tem mais poder com 112 F g ^-1 medição. Carbono embutido em sódio bate os dois para fora do ringue com um 145 F g ^-1 medição. Mais, depois de 5, 000 ciclos de carga / descarga, o material retém 96,4 por cento da capacidade, que indica a estabilidade do eletrodo.

Baterias e mais

A próxima etapa da pesquisa será avaliar o material em outros dispositivos de energia.

"Em nossa pesquisa, trabalhamos com teoria e experimentos, "diz Hu." Isso nos dá uma oportunidade única de criar novos materiais. "

Hu diz que a inovação em dispositivos de energia está em grande demanda. Ele vê um futuro brilhante para o carbono embutido em sódio e as melhorias que ele oferece na tecnologia solar, baterias, células de combustível, e supercondensadores.