Novo modelo teórico abre caminho para supercapacitores mais eficientes

Pesquisa para Inovação* – 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.