Novo modelo teórico abre caminho para supercapacitores mais eficientes

Ferramenta desenvolvida por pesquisadores do Centro de Inovação em Novas Energias contribui para minimizar perdas de energia indesejáveis que ocorrem nesses dispositivos

Agência FAPESP* – Fontes de energia limpa como o Sol e o vento são renováveis, gratuitas e inesgotáveis, porém, intermitentes. Por isso, é importante contar com bons sistemas para armazenar a energia gerada, possibilitando usá-la quando necessário. E os supercapacitores podem ser peças-chave nesses sistemas, pois sua potência – a velocidade na qual armazenam (carga) e entregam (descarga) energia – supera amplamente a das baterias.

Buscando otimizar a eficiência dos supercapacitores, uma equipe de pesquisadores vinculados ao Centro de Inovação em Novas Energias (CINE), um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) apoiado por FAPESP e Shell, desenvolveu um modelo matemático que deve auxiliar a minimizar perdas indesejáveis que ocorrem dentro desses dispositivos e que são comumente desconsideradas na literatura científica. A pesquisa foi reportada em artigo publicado no periódico Electrochimica Acta.

O novo modelo é capaz de fornecer uma análise realista dos dados experimentais de um supercapacitor em que perdas internas de energia são consideradas. Mais precisamente, com esse modelo é possível quantificar de forma precisa as características eletroquímicas dos supercapacitores relacionadas à sua capacitância, que é a quantidade de carga que o dispositivo pode armazenar, e resistência, que é a oposição que oferece ao fluxo de corrente elétrica. Para isso, ele considera a presença de diferentes defeitos estruturais, como poros, fissuras e rachaduras, nos materiais que formam os eletrodos do supercapacitor.

De acordo com os autores do trabalho, o modelo poderá ajudar a projetar o material mais adequado para cada aplicação de um supercapacitor, bem como a definir as condições de síntese do material para controlar a formação de defeitos estruturais, como, por exemplo, o tamanho dos poros.

O modelo teórico foi validado pelos autores com dados experimentais. Para isso, os pesquisadores produziram eletrodos de cinco materiais diferentes e fizeram experimentos usando quatro técnicas usualmente empregadas na caracterização eletroquímica de supercapacitores: voltametria cíclica, cronoamperometria, cronopotenciometria e espectroscopia de impedância eletroquímica. A excelente concordância entre os achados experimentais e as simulações confirmou a validade do modelo.

O trabalho é fruto de uma colaboração entre grupos de pesquisa da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) e da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e contou com financiamento da FAPESP.

O artigo Proposal of a novel methodology for the electrochemical characterization of well-behaved redox-active materials used in supercapacitors pode ser lido em: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468623006369.

* Com informações do CINE, um Centro de Pesquisa em Engenharia apoiado pela FAPESP.