Pesquisadores investigam solução para o armazenamento de energia em veículos elétricos e residências

Estudo do Centro de Pesquisa em Engenharia da FAPESP e Shell, com sede na Unicamp, busca desenvolver supercapacitores capazes de acumular maior quantidade de carga e baterias que carreguem mais rapidamente

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP – Baterias e supercapacitores são tecnologias de armazenamento de energia complementares. As baterias são mais apropriadas quando se considera a quantidade total de energia armazenada, e os supercapacitores, quando o que importa é a potência, isto é, quanta carga ou descarga de energia pode ocorrer por unidade de tempo.

Considerando essa complementaridade, a Divisão para Armazenamento de Energia Avançado do Center for Innovation New Energies (CINE) – um Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE) constituído pela FAPESP e Shell, com sede na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) –, vem trabalhando nas duas frentes, buscando melhorar as tecnologias: de supercapacitores que armazenem mais energia a baterias que recarreguem mais rapidamente e tenham vida mais longa.

Dois artigos publicados recentemente pelo grupo ilustram essa realidade: Radially ordered carbon nanotubes performance for Li-O₂ batteries: pre-treatment influence on capacity and discharge products  e Niobium pentoxide nanoparticles @ multi-walled carbon nanotubes and activated carbon composite material as electrodes for electrochemical capacitors.

“No primeiro artigo, mostramos que é fundamental a funcionalização de superfície para melhorar as características das baterias. Relatamos um novo eletrodo para bateria de lítio-oxigênio (Li-O₂) baseado em nanotubos de carbono de paredes múltiplas, funcionalizados por pré-tratamentos, o que levou a locais ativos mais eficazes.”, diz Gustavo Doubek à Agência FAPESP.

Doubek é um dos pesquisadores associados da Divisão para Armazenamento de Energia Avançado do CINE. Mais conhecida por meio da sigla AES, formada pelas iniciais da expressão em língua inglesa Advanced Energy Storage, a divisão é liderada por Rubens Maciel Filho, professor titular da Unicamp e um dos coordenadores do Programa FAPESP de Pesquisa em Bioenergia (BIOEN).

No primeiro artigo, os pesquisadores mostraram que é possível fazer uso da elevada área superficial dos nanotubos de carbono, com excelente estabilidade eletroquímica, para adsorção de O₂ e formação de LiO e LiO₂, agentes fundamentais para armazanemento de carga em baterias de Li-O₂.

"O segundo artigo trata de ‘pseudocapacitores’, que são capacitores que utilizam vantagens de processos faradaicos como as baterias”, afirma Hudson Zanin, pesquisador da AES. Vale lembrar que processos faradaicos são aqueles que envolvem a transferência direta de elétrons, mediante reação de oxidação em um dos eletrodos e reação de redução no outro.

“A ideia foi combinar eletrodos de elevadíssima área superficial de carvão ativado para armazenamento eletrostático com pentóxido de nióbio, que pode tanto oxidar quanto reduzir”, informa Zanin.

“Além da qualidade estamos produzindo em quantidade, tratando de vários assuntos que precisam ser abordados para o desenvolvimento das tecnologias em baterias e supercapacitores. Somos 40 pesquisadores ativos, produzindo em média um artigo por mês. Estamos fazendo um esforço concentrado para melhorar a interface entre a academia e o setor produtivo, de modo que todo o conhecimento gerado seja aproveitado pela indústria nacional”, acrescenta.

Com esse objetivo, de melhorar a interface academia-indústria, a AES está inaugurando a primeira unidade-piloto de produção de supercapacitores da América Latina, na qual serão produzidos inicialmente supercapacitores e, na sequência, baterias de lítio-ion, lítio-enxofre e sódio-ion.

“Todas as células são feitas primeiro em pequena escala, em pastilhas do tamanho de uma moeda de um real. Por meio delas, analisamos as mudanças que ocorrem no eletrodo e no eletrólito à medida que carrega e descarrega. Esses testes iniciais nos possibilitam entender os processos de armazenamento, fazer melhorias e corrigir eventuais falhas”, detalha Zanin.

E continua: “Após consolidar as melhores configurações, expandimos as células para dispositivos retangulares de tipo pouch, de cinco centímetros por sete centímetros, semelhantes a telefones celulares. A ideia é chegar a desenvolver sistemas que possam ser aplicados a veículos elétricos, associando diversas destas células”.

O artigo Radially ordered carbon nanotubes performance for Li-O₂ batteries: pre-treatment influence on capacity and discharge products pode ser acessado em https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0920586119305279. E o artigo Niobium pentoxide nanoparticles @ multi-walled carbon nanotubes and activated carbon composite material as electrodes for electrochemical capacitors está disponível em https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829719309201.