Engenheiros conseguiram um avanço significativo no esforço internacional para criar tecnologias de armazenamento de energia que combinam carregamento rápido com forte potência, abrindo caminho para sistemas de próxima geração em transporte elétrico, suporte à rede e eletrônicos do dia a dia.
Segundo descobertas publicadas na Nature Communications, os pesquisadores desenvolveram um novo material à base de carbono que permite que os supercapacitores mantenham níveis de energia comparáveis às baterias de chumbo-ácido tradicionais, enquanto liberam essa energia de forma muito mais rápida do que os designs convencionais de baterias.
Supercapacitores são uma categoria em desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia que dependem do armazenamento eletrostático de carga, em vez das reações químicas usadas nas baterias. Um desafio de longa data tem sido que apenas uma pequena parte da área de superfície do carbono necessária para o armazenamento de energia era utilizável.
Desbloqueando Mais do Potencial do Carbono
O professor Mainak Majumder, diretor do ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials (AM2D) no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Monash, participou do estudo.
“Nossa equipe mostrou como desbloquear muito mais dessa área de superfície simplesmente mudando a forma como o material é tratado termicamente”, disse o professor Majumder.
“Esta descoberta pode nos permitir construir supercapacitores de carregamento rápido que armazenem energia suficiente para substituir baterias em muitas aplicações e a entreguem de forma muito mais rápida.”
Arquitetura Inovadora de Grafeno Impulsiona o Avanço
Os pesquisadores atribuíram esse progresso a uma nova arquitetura de material chamada óxido de grafeno reduzido multiescalar (M-rGO), criada a partir de grafite natural, um recurso abundante na Austrália.
Através de um processo de recozimento térmico rápido, a equipe formou uma estrutura de grafeno altamente curva com caminhos controlados que permitem que íons se movam com velocidade e eficiência excepcionais. Isso produziu um material capaz de alta densidade de energia e alta densidade de potência, uma combinação que raramente é alcançada em um único dispositivo.
Desempenho Recorde em Dispositivos Reais
Dr. Petar Jovanović, pesquisador do ARC AM2D Hub e coautor do estudo, explicou que, quando incorporados em dispositivos do tipo pouch cell, os supercapacitores da Monash demonstraram:
- Densidades de energia volumétrica de até 99,5 Wh/L (em eletrólitos de líquido iônico)
- Densidades de potência de até 69,2 kW/L
- Capacidades de carregamento rápido com excelente estabilidade cíclica.
“Essas métricas de desempenho estão entre as melhores já relatadas para supercapacitores à base de carbono e, crucialmente, o processo é escalável e compatível com materiais-prima australianos,” disse Dr. Jovanović.
Camino para o Uso Comercial
Dr. Phillip Aitchison, CTO da empresa derivada da Universidade Monash, Ionic Industries, e coautor do estudo, observou que os esforços para comercializar a tecnologia já estão em andamento.
“A Ionic Industries foi estabelecida para comercializar inovações como estas e agora estamos produzindo quantidades comerciais desses materiais de grafeno”, disse Dr. Aitchison.
“Estamos trabalhando com parceiros de armazenamento de energia para levar essa inovação a aplicações voltadas para o mercado — onde tanto alta energia quanto entrega rápida de potência são essenciais.”
O projeto recebeu apoio do Australian Research Council e do US Air Force Office of Sponsored Research, e se alinha ao objetivo mais amplo da Universidade Monash de promover materiais para um futuro de energia de baixo carbono.
