A capacidade de carregar telefones celulares em segundos está um passo mais perto depois que pesquisadores da Universidade de Waterloo usaram a nanotecnologia para melhorar significativamente os dispositivos de armazenamento de energia conhecidos como supercapacitores.

Seu novo design praticamente dobra a quantidade de energia elétrica que os dispositivos de carregamento rápido podem conter, ajudando a pavimentar o caminho para o uso eventual em tudo, desde smartphones e laptops, para veículos elétricos e lasers de alta potência.

"Estamos mostrando números recordes para a capacidade de armazenamento de energia dos supercapacitores, "disse Michael Pope, um professor de engenharia química que liderou a pesquisa de Waterloo. "E quanto mais densos em energia pudermos torná-los, mais baterias podemos começar a deslocar. "

Supercapacitores são promissores, alternativa verde às baterias tradicionais - com benefícios que incluem segurança e confiabilidade aprimoradas, além de um carregamento muito mais rápido - mas os aplicativos têm sido limitados até agora por sua capacidade de armazenamento relativamente baixa.

Os supercapacitores comerciais existentes armazenam apenas energia suficiente, por exemplo, para alimentar celulares e laptops por cerca de 10 por cento do tempo que as baterias recarregáveis.

Para aumentar essa capacidade, Pope e seus colaboradores desenvolveram um método para revestir camadas atomicamente finas de um condutor chamado grafeno com um sal líquido oleoso em eletrodos de supercapacitores.

O sal líquido serve como espaçador para separar as finas folhas de grafeno, evitando que eles se empilhem como pedaços de papel. Isso aumenta drasticamente a área de superfície exposta, uma chave para maximizar a capacidade de armazenamento de energia.

Ao mesmo tempo, o sal líquido tem uma função dupla como o eletrólito necessário para realmente armazenar a carga elétrica, minimizar o tamanho e o peso do supercapacitor.

"Essa é a parte muito legal disso, "Pope disse." É um inteligente, design elegante. "

A inovação também usa um detergente para reduzir o tamanho das gotas de sal oleoso - que é combinado com água em uma emulsão semelhante ao molho de salada - para apenas alguns bilionésimos de metro, melhorando sua ação de revestimento. O detergente também funciona como um velcro químico para fazer as gotículas grudarem no grafeno.

Aumentar a capacidade de armazenamento dos supercapacitores significa que eles podem ser pequenos e leves o suficiente para substituir as baterias para mais aplicações, particularmente aqueles que exigem carga rápida, capacidades de descarga rápida.

A curto prazo, Pope disse que melhores supercapacitores poderiam substituir baterias de chumbo-ácido em veículos tradicionais, e ser usado para capturar energia de outra forma perdida por ônibus e trens de alta velocidade quando eles freiam.

Mais longe, embora seja improvável que cheguem a atingir a capacidade total de armazenamento das baterias, supercapacitores têm o potencial de alimentar dispositivos eletrônicos de consumo de maneira conveniente e confiável, veículos e sistemas elétricos em locais remotos, como o espaço.

"Se eles forem comercializados da maneira correta para os aplicativos certos, começaremos a vê-los cada vez mais em nossa vida cotidiana, "Pope disse.

A pesquisa, que também envolveu Zimin She, Doutorando, e Debasis Ghosh, um pós-doutorado, foi publicado recentemente na revista ACS Nano .