Encontrar tempo para parar, conectar e carregar os seus aparelhos eletrônicos pode se tornar história, agora que os cientistas estão desenvolvendo um novo projeto de eletrodo que poderia carregar as baterias em segundos, em vez de horas.
Eles dizem que poderia resolver não só o trabalho de recarregar telefones, mas também resolver uma das principais questões que atrapalham o crescimento do mercado de veículos elétricos.
Pesquisas anteriores analisaram o uso de supercapacitores como um dispositivo de armazenamento de energia para eletrônicos portáteis. Os supercapacitores liberam energia em grandes explosões e têm um potencial incrível quando se trata de alimentar nossa tecnologia.
O problema é que eles só podem ser usados para ciclos de carga e descarga rápidos, em vez de armazenamento de energia a longo prazo.
Agora, um time da Universidade Drexel combinou as propriedades de um supercapacitor com o de baterias tradicionais com grandes capacidades de armazenamento, usando um material chamado MXene.
“Este artigo refuta o dogma amplamente aceito de que o armazenamento de carga química, usado em baterias (…) é sempre muito mais lento do que o armazenamento físico usado em capacitores eléctricos de dupla camada, também conhecidos como supercondensadores”, disse o pesquisador principal Yury Gogotsi da Faculdade de Engenharia de Drexel.
“Nós demonstramos o carregamento de eletrodos finos de MXene em dezenas de milissegundos. Isto é habilitado pela condutividade eletrônica muito alta do MXene. Isso abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia ultra-rápidos que podem ser carregados e descarregados em segundos, mas armazenam muito mais energia do que os supercapacitores convencionais”.
O MXene é um nanomaterial plano que se parece com um sanduíche: consistindo em um “pão” de óxido com um recheio de carbono condutor e metal. Quando eles são feitos, as camadas MXene se acumulam uma sobre a outra como Pringles.
Embora o MXene tenha uma excelente condutividade, a estrutura em formato de Pringles cria uma barreira que torna complicado que os íons, os transportadores químicos da carga, se espalhem através da bateria.
Para que uma bateria armazene a carga, os íons são mantidos em portas chamadas “sites redox ativos”. Quanto mais portas há, mais energia a bateria pode segurar e, o mais importante, a bateria também tem que permitir que os íons se movam de forma livre, caso contrário eles não podem alcançar as portas.
Para permitir a livre circulação de íons no MXene, foi necessário fazer algo sobre a estrutura.
Os cientistas mudaram a estrutura do MXene, combinando-o com um hidrogel, transformando a pilha Pringles em uma estrutura mais parecida com o queijo suíço, permitindo que os íons fluam livremente.
“Em baterias e supercapacitores tradicionais, os íons têm um caminho tortuoso para as portas de armazenamento de carga, que não só retarda tudo, mas também cria uma situação em que muito poucos íons atingem seu destino em taxas de carregamento rápidas”, disse um dos membros da equipe, Maria Lukatskaya.
“A arquitetura de eletrodo ideal seria algo como íons que se deslocam para os portos através de rotas de várias vias, de alta velocidade, em vez de levar estradas de uma única linha. Nosso projeto de eletrodo macroporoso atinge esse objetivo, o que permite um carregamento rápido – no ordem de alguns segundos ou menos”.
Vale ressaltar que, enquanto o trabalho parece promissor, não está claro exatamente como a bateria seria ajustada para uso em um veículo. Mas não há dúvida de que, se essa pesquisa acabar em carros e telefones, ela mudará completamente a maneira como as baterias são usadas.
“Se começarmos a usar materiais de baixa dimensão e eletronicamente condutores como eletrodos de bateria, podemos fazer as baterias funcionando muito, muito mais rápido do que hoje”, disse Gogotsi. “Eventualmente, a apreciação deste fato nos levará a baterias de carros, laptop e celular capazes de carregar em taxas muito mais altas – segundos ou minutos em vez de horas”.
