Nova descoberta do grafeno sobrecarrega o armazenamento de energia

De acordo com descobertas publicadas em Comunicações da Naturezaos pesquisadores desenvolveram um novo material à base de carbono que permite que os supercapacitores mantenham níveis de energia comparáveis ​​aos das baterias tradicionais de chumbo-ácido, ao mesmo tempo que liberam essa energia muito mais rapidamente do que os designs de baterias convencionais.

Os supercapacitores são uma categoria em desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia que dependem do armazenamento de carga eletrostática em vez das reações químicas usadas nas baterias. Um desafio de longa data tem sido o facto de apenas uma pequena parte da superfície de carbono necessária para o armazenamento de energia ter sido utilizável.

Desbloqueando mais potencial do carbono

O professor Mainak Majumder, Diretor do Centro de Pesquisa ARC para Fabricação Avançada com Materiais 2D (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 permitir-nos construir supercapacitores de carregamento rápido que armazenem energia suficiente para substituir baterias em muitas aplicações e distribuí-la muito mais rapidamente.”

Arquitetura inovadora de grafeno impulsiona o avanço

Os pesquisadores atribuíram esse progresso a uma arquitetura de material recém-projetada chamada óxido de grafeno reduzido em multiescala (M-rGO), criada a partir de grafite natural, um recurso abundante na Austrália.

Através de um rápido processo de recozimento térmico, a equipe formou uma estrutura de grafeno altamente curvada com caminhos controlados que permitem que os íons se movam com velocidade e eficiência excepcionais. Isto produziu um material capaz de alta densidade de energia e alta densidade de potência, uma combinação que raramente é alcançada em um único dispositivo.

Grave desempenho em dispositivos reais

Petar Jovanović, pesquisador do ARC AM2D Hub e coautor do estudo, explicou que, quando incorporados em dispositivos celulares tipo bolsa, os supercapacitores Monash demonstraram:

• Densidades de energia volumétrica de até 99,5 Wh/L (em eletrólitos líquidos iônicos)
• Densidades de potência tão altas quanto 69,2 kW/L
• Capacidades de carregamento rápido com excelente estabilidade de ciclo.

“Essas métricas de desempenho estão entre as melhores já relatadas para supercapacitores à base de carbono e, o que é crucial, o processo é escalonável e compatível com as matérias-primas australianas”, disse o Dr.

Movendo-se em direção ao uso comercial

Phillip Aitchison, CTO da Ionic Industries, spin-out da Monash University e coautor do estudo, observou que os esforços para comercializar a tecnologia já estão em andamento.

“A Ionic Industries foi criada para comercializar inovações como essas e agora estamos produzindo quantidades comerciais desses materiais de grafeno”, disse o Dr. Aitchison.

“Estamos trabalhando com parceiros de armazenamento de energia para trazer esse avanço para aplicações líderes de mercado – onde tanto a alta energia quanto o fornecimento rápido de energia são essenciais”.

O projeto recebeu apoio do Conselho Australiano de Pesquisa e do Escritório de Pesquisa Patrocinada da Força Aérea dos EUA e está alinhado com o objetivo mais amplo da Monash University de desenvolver materiais para um futuro energético de baixo carbono.