Os coautores do estudo, Lulu Yao (esquerda) e Nandu Kolipari (direita), ambos estudantes de doutorado em engenharia no laboratório Tseng Nga (Tina) Ng da Universidade da Califórnia, San Diego, colaboraram, fabricaram e testaram um supercapacitor estrutural.
A principal característica do projeto aqui é que a concentração de óxido de polietileno varia no eletrólito, criando o chamado gradiente de concentração. A área adjacente ao eletrodo possui maior concentração de óxido de polietileno. Esta configuração permite um fluxo de íons mais rápido e livre na interface eletrodo-eletrólito, melhorando o desempenho eletroquímico. Porém, quanto maior a concentração de óxido de polietileno, mais poros e mais fraco é o material. Para equilíbrio, a região central do eletrólito é feita com menor concentração de óxido de polietileno, permitindo fornecer suporte estrutural enquanto mantém um fluxo iônico eficiente.
“Essa configuração de gradiente é o segredo para alcançar o desempenho ideal com eletrólitos”, diz Ng. “Em vez de usar uma configuração de eletrólito único, projetamos a estrutura para ter alto desempenho elétrico nas extremidades que entram em contato com os eletrodos e alta resistência mecânica no meio”.
Embora isto represente um grande avanço em direção ao armazenamento estrutural de energia, os pesquisadores observam que ainda há muito trabalho a ser feito. Os supercapacitores geralmente têm uma alta densidade de potência, o que significa que podem fornecer grandes quantidades de energia rapidamente, mas normalmente têm uma densidade de energia mais baixa que as baterias.
“Nossa pesquisa futura se concentrará em aumentar a densidade de energia dos supercapacitores e torná-los comparáveis a algumas baterias”, disse Lulu Yao, autora principal do estudo e pesquisadora do laboratório de Ng, estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais. “O objetivo final é alcançar maior densidade de energia e maior densidade de potência.”
Artigo: “Pseudocapacitores estruturais com interfaces aprimoradas para melhorar a eficiência multifuncional.” Os co-autores incluem Kai Zheng, Nandu Koripally e Xinyu Zhang, da Universidade da Califórnia, San Diego. Naresh Eidugulala e Jason D. Azoulay, da Universidade do Sul do Mississippi;
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (PFITT 2120103, MCA 2120701 e CNS-1901048). Partes desta pesquisa foram conduzidas na Infraestrutura de Nanotecnologia de San Diego (SDNI) da Universidade da Califórnia, San Diego, membro da Infraestrutura Nacional de Coordenação de Nanotecnologia apoiada pela National Science Foundation (concessão ECCS-1542148).
