Na incansável busca por soluções energéticas eficientes e sustentáveis, um esforço colaborativo entre diversas universidades alcançou um avanço significativo na tecnologia de capacitores. Liderados por pesquisadores da Universidade de Houston, da Universidade Estadual de Jackson e da Universidade Howard, todas nos EUA, um novo capacitor flexível de alta densidade de energia foi desenvolvido, prometendo uma potencial revolução nos sistemas de armazenamento de energia em diversas indústrias.
Publicado na revista ACS Nano, o artigo revela os avanços feitos no campo. Capacitores, componentes essenciais em dispositivos eletrônicos e mecanismos de armazenamento de energia, são conhecidos por sua capacidade de descarregar rapidamente quantidades substanciais de energia, tornando-os indispensáveis para aplicações de alta potência.
O Professor Alamgir Karim, Cadeira Dow e Professor da Fundação Welch de Engenharia Química na UH, destaca a importância dos capacitores de alta energia e alta potência para garantir um fornecimento de energia confiável, especialmente durante a transição para fontes de energia renovável. Ao contrário das baterias, os capacitores possuem uma densidade de potência mais alta, tornando-os mais atraentes para diversas aplicações.
Melhoria em densidade energética em capacitores
- A conquista da equipe de pesquisa reside em seu design meticuloso de capacitores utilizando polímeros em camadas infundidos com nanopreenchedores 2D orientados.
- Ao arranjar estrategicamente flocos de materiais 2D exfoliados mecanicamente como nanopreenchedores em camadas específicas, os pesquisadores criaram uma estrutura em forma de sanduíche que supera o desempenho dos capacitores convencionais.
- Surpreendentemente fino, mais que um fio de cabelo humano, este novo design exibe uma densidade de energia e eficiência aprimoradas, superando capacitores com nanopreenchedores misturados aleatoriamente.
- Maninderjeet Singh, primeiro autor do artigo ao lado de Priyanka Das da Universidade Estadual de Jackson, destaca o alcance de uma densidade de energia ultra-alta de aproximadamente 75 J/cm³, marcando um marco no desenvolvimento de capacitores dielétricos poliméricos.
- A incorporação de materiais como mica e nitreto de boro hexagonal (hBN) mostrou-se fundamental para controlar a orientação da nanochapa 2D, melhorando assim a permissividade dielétrica mesmo com frações volumétricas mínimas de nanopreenchedores.
- Chave para esta empreitada foi a realização bem-sucedida da orientação desejada dos nanopreenchedores através de técnicas de exfoliação mecânica e transferência, um feito facilitado por pesquisadores da Universidade Estadual de Jackson.
- Notavelmente, o Professor Dharmaraj Raghavan da Universidade Howard, especialista em nanocompósitos, antecipa aplicações mais amplas para esses capacitores híbridos no futuro, vislumbrando sua integração em dispositivos médicos, eletrônicos, veículos elétricos e sistemas de energia.
Futuro do novo design
As implicações desta pesquisa vão além do desenvolvimento de capacitores. Singh, agora cientista pesquisador pós-doutorado na Universidade Columbia, enfatiza as percepções obtidas sobre o fenômeno de quebra dielétrica e polarização de carga em nanocompósitos poliméricos 2D. Encorajados por essas descobertas, estudos adicionais são antecipados para impulsionar o avanço de capacitores ainda mais densos em energia, alinhando-se com a busca por um futuro mais limpo e sustentável.
Paralelamente a este marco, a equipe de pesquisa continua a explorar diversos sistemas poliméricos, incluindo manipulação de topologia polimérica e copolímeros em camadas, em sua busca por soluções de armazenamento de energia superiores.