De acordo com as descobertas publicadas na Nature Communications, os pesquisadores desenvolveram um novo material à base de carbono que permite aos supercapacitores armazenar níveis de energia comparáveis às baterias de chumbo-ácido tradicionais, enquanto liberam essa energia muito mais rapidamente do que os designs de bateria convencionais.

Supercapacitores são uma categoria em desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia que dependem do armazenamento de carga eletrostática em vez das reações químicas usadas nas baterias. Um desafio persistente tem sido que apenas uma pequena parte da área de superfície do carbono necessária para o armazenamento de energia era utilizável.

Desbloqueando Mais do Potencial do Carbono

O Professor Mainak Majumder, Diretor do Hub de Pesquisa ARC para Fabricação Avançada com Materiais 2D (AM2D) no Departamento de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da Monash, participou do estudo.

“Nossa equipe demonstrou como desbloquear muito mais dessa área de superfície simplesmente mudando a forma como o material é tratado termicamente,” disse o Professor Majumder.

“Essa descoberta pode nos permitir construir supercapacitores de carregamento rápido que armazenam energia suficiente para substituir baterias em muitas aplicações, e a entregam muito mais rapidamente.”

A Arquitetura Inovadora de Grafeno Impulsiona o Avanço

Os pesquisadores atribuíram esse progresso a uma nova arquitetura de material chamada óxido de grafeno reduzido em multiescala (M-rGO), criada a partir de grafite natural, um recurso abundante na Austrália.

Através de um processo rápido de recozimento térmico, a equipe formou uma estrutura de grafeno altamente curvada com caminhos controlados que permitem que os íons se movam com velocidade e eficiência excepcionais. Isso produziu um material capaz de atingir alta densidade de energia e alta potência, uma combinação raramente alcançada em um único dispositivo.

Desempenho Recorde em Dispositivos Reais

O Dr. Petar Jovanović, pesquisador do Hub ARC AM2D e coautor do estudo, explicou que, ao serem incorporados em dispositivos de célula pouch, os supercapacitores da Monash demonstraram:

• Densidades de energia volumétrica de até 99,5 Wh/L (em eletrolitos de líquido iônico)
• Densidades de potência tão altas quanto 69,2 kW/L
• Capacidades de carregamento rápido com excelente estabilidade cíclica.

“Essas métricas de desempenho estão entre as melhores já relatadas para supercapacitores à base de carbono e, crucialmente, o processo é escalável e compatível com matérias-primas australianas,” disse o Dr. Jovanović.

Avançando para o Uso Comercial

O Dr. Phillip Aitchison, CTO da spinout da Universidade Monash Ionic Industries e coautor do estudo, observou que os esforços para comercializar a tecnologia já estão em andamento.

“A Ionic Industries foi criada para comercializar inovações como essas e agora estamos produzindo quantidades comerciais desses materiais de grafeno,” disse o Dr. Aitchison.

“Estamos trabalhando com parceiros de armazenamento de energia para levar essa inovação para aplicações orientadas pelo mercado — onde tanto alta energia quanto entrega rápida de potência são essenciais.”

O projeto recebeu apoio do Conselho de Pesquisa Australiano e do Escritório de Pesquisa Patrocinada da Força Aérea dos EUA e está alinhado com o objetivo mais amplo da Universidade Monash de avançar com materiais para um futuro energético de baixo carbono.