Armazenamento de energia: Híbrido de bateria e supercapacitor

Redação do Site Inovação Tecnológica -  26/08/2016

Um polímero condutor (verde) formado no interior dos pequenos poros da estrutura hexagonal (vermelho e azul) armazena energia elétrica de forma rápida e eficiente. [Imagem: William Dichtel/Northwestern University]

Energizando as baterias

Um novo material está prometendo energizar o travado campo das baterias, que há muito clama por um avanço tecnológico que teima em não vir.

A novidade é um híbrido que combina a capacidade de armazenar grandes quantidades de energia, típica das baterias, com a capacidade de liberar essa energia rapidamente, o que é típico dos supercapacitores.

"Nosso material combina o melhor dos dois mundos," garante o professor William Dichtel, da Universidade Northwestern, nos EUA.

A base do desenvolvimento é uma classe recente de materiais conhecidos como "estruturas orgânicas covalentes", ou COFs (covalent organic frameworks), polímeros com uma elevada porosidade, o que significa uma enorme área superficial útil para o armazenamento de energia.

"COFS são estruturas maravilhosas com um monte de promessas, mas a sua condutividade é limitada," disse Dichtel. "Esse é o problema que estamos resolvendo aqui. Modificando-as - dando-lhes o atributo que lhes falta - pudemos começar a usar as COFS de uma forma prática."

Protótipos do híbrido de bateria e supercapacitor. [Imagem: Catherine R. Mulzer et al. - 10.1021/acscentsci.6b00220]

Bateria orgânica

A equipe adicionou ao COF um polímero condutor (PEDOT, ou poli[3,4-etilenodioxitiofeno]), depois de fazer com que duas moléculas orgânicas se automontassem em uma estrutura parecida com favos de mel. O resultado é um COF capaz de induzir reações de redução (redox).

O material consegue armazenar 10 vezes mais eletricidade do que o COF original, e libera essa energia de 10 a 15 vezes mais rápido.

O protótipo ainda é pequeno, do tamanho de uma pilha tipo botão, mas as extrapolações dos experimentos indicam que ele suporta cerca de 10.000 ciclos de carga e descarga.

O híbrido de bateria e supercapacitor ainda terá que passar pelo crivo das dificuldades de escalonamento - fabricá-lo em grandes dimensões -, mas os materiais à base de carbono que estão tentando os mesmos feitos, como ografeno, são mais caros e mais difíceis de processar - e definitivamente não são fáceis de produzir em larga escala.

Bibliografia:

Superior Charge Storage and Power Density of a Conducting Polymer-Modified Covalent Organic Framework
Catherine R. Mulzer, Luxi Shen, Ryan P. Bisbey, James R. McKone, Na Zhang, Héctor D. Abruña, William R. Dichtel
ACS Central Science
DOI: 10.1021/acscentsci.6b00220