Brasil testa fabricação de baterias avançadas

Com informações da Agência Fapesp - 29/05/2020

Pesquisadores brasileiros investigam soluções para o armazenamento de energia para veículos elétricos e residências - esta bicicleta elétrica tem recarga super rápida (3 minutos) e autonomia de 2km, movida por um banco de supercapacitores.
[Imagem: CINE]

Baterias e supercapacitores

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, uma equipe do Centro de Pesquisa em Engenharia (CPE), uma parceria da Unicamp e da Shell, vem trabalhando nas duas frentes, buscando melhorar as tecnologias: supercapacitores que armazenem mais energia e baterias que recarreguem mais rapidamente e tenham vida mais longa.

Dois trabalhos publicados recentemente pelo grupo ilustram essa realidade.

"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," explicou o pesquisador Gustavo Doubek.

Com isto, a equipe mostrou 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 armazenamento de carga em baterias de Li-O2.

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Pseudocapacitores

"O segundo artigo trata de 'pseudocapacitores', que são capacitores que utilizam vantagens de processos faradaicos como as baterias," afirmou Hudson Zanin. 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, um processo conhecido como redox.

"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.

"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," acrescentou Zanin.

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Baterias de lítio, enxofre e sódio

Com o objetivo de aproximar as pesquisas acadêmicas da indústria, a equipe está inaugurando a primeira unidade-piloto de produção de supercapacitores da América Latina, na qual serão produzidos inicialmente supercapacitores e, na sequência, baterias de íons de lítio, lítio-enxofre e íons de sódio.

"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.

"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," finalizou Zanin.

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Bibliografia:

Artigo: Radially ordered carbon nanotubes performance for Li-O2 batteries: Pre-treatment influence on capacity and discharge products
Autores: Victor S. Carvalho, Andre N. Miranda, Willian G. Nunes, Lenon H. Costa, Aline M. Pascon, Cristiane B. Rodella, Hudson Zanin, Gustavo Doubek
Revista: Catalysis Today
Vol.: 22, Pages 311-322
DOI: 10.1016/j.cattod.2019.09.030

Artigo: Niobium pentoxide nanoparticles @ multi-walled carbon nanotubes and activated carbon composite material as electrodes for electrochemical capacitors
Autores: Rafael Vicentini, Willian Nunes, Bruno G. A. Freitas, Leonardo M. Da Silva, Davi Marcelo Soares, Reinaldo Cesar, Cristiane B. Rodella, Hudson Zanin
Revista: Energy Storage Materials
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.08.007

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