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Pesquisadores da Universidade de Tohoku aumentaram com sucesso a capacidade, a durabilidade e a relação custo-benefício de um capacitor em sua busca por um futuro mais eficiente em termos de energia. Um capacitor é um dispositivo usado como parte de um circuito que pode armazenar e liberar energia, assim como uma bateria. O que torna um capacitor diferente de uma bateria é que ele leva muito menos tempo para carregar. Por exemplo, a bateria do seu celular alimentará seu telefone instantaneamente, mas carregar essa bateria de volta até 100% quando ela acabar está longe de ser instantâneo.
Embora isso faça os capacitores parecerem a escolha superior, eles têm algumas grandes desvantagens que precisam ser superadas. Primeiro, sua capacidade é muito menor do que as baterias, então eles não podem armazenar grandes quantidades de energia de uma só vez. Segundo, eles podem ser bem caros. Nos últimos anos, supercapacitores (capacitores com maior capacidade e desempenho) foram desenvolvidos usando materiais de nanocarbono, como nanotubos de carbono (CNTs), que aumentam a área de superfície e a capacidade geral. No entanto, devido à natureza cara dos materiais de nanocarbono, a produção em larga escala usando essa técnica não é econômica.
Para lidar com essas preocupações específicas para melhorar o desempenho geral dos capacitores, um grupo de pesquisa composto pelo Professor Hiroshi Yabu (Universidade de Tohoku), AZUL Energy Co., Ltd. (uma empresa de capital de risco da Universidade de Tohoku) e o AZUL Energy x Tohoku University Bio-Inspired GX Co-Creation Center foi formado. Suas descobertas foram publicadas na ACS Applied Materials & Interfaces em 20 de junho de 2024.
A equipe conseguiu aumentar a capacidade dos capacitores em 2,4 vezes (para 907 F/gAC) em comparação ao carbono sozinho, “borrifando” azaftalocianina de ferro (FeAzPc-4N), um tipo de pigmento azul, no carvão ativado. Este método permite que a molécula seja adsorvida no nível molecular, utilizando suas capacidades redox. Além disso, o estudo demonstrou que 20.000 ciclos de carga-descarga são possíveis mesmo em regiões de alta carga de 20 A/gAC, tornando viável alimentar LEDs.
“Essa maior vida útil em comparação às baterias pode ajudar a reduzir o desperdício, já que o mesmo capacitor pode ser reutilizado muito mais vezes”, comenta Yabu. “Os componentes dos capacitores também são significativamente menos tóxicos do que as baterias.”
O eletrodo capacitor desenvolvido nesta pesquisa pode aumentar a capacidade para o nível de supercapacitores usando CNTs enquanto utiliza carbono ativado comumente disponível e barato, tornando-o uma opção potencial para dispositivos de energia de próxima geração. Qual é o próximo passo para a equipe depois disso? Tornar o supercapacitor ainda mais superpoderoso.
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