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| O capacitor nanoestruturado é formado em uma folha de óxido de alumínio anódico nanoporoso (amarelo escuro) por deposição atômica sequencial de metal (azul) e isolante (amarelo). A inserção é uma microfotografia eletrônica do dispositivo real. Foto: A. James Clark, Universidade de Maryland. |
O desenvolvimento do carro elétrico requer um sistema de armazenamento de energia elétrica. A capacidade de armazenar carga ao menor custo e volume é importante. Nas baterias, a carga elétrica é armazenada usando um sistema químico. Como desvantagens, pode-se dizer que elas demoram a carregar e que só podem ser recarregadas um número limitado de vezes.
Um capacitor armazena a carga de modo "live", nenhum sistema de química devido, fazendo com que os elétrons migram de um condutor para outro que são separados por um isolador. Ou seja, a energia é armazenada na forma de eletricidade estática. Um capacitor pode fornecer uma alta potência, sendo capaz de fornecer energia instantaneamente, é por isso que eles são usados em flashes fotográficos. Além disso, um capacitor pode ser carregado e descarregado um número ilimitado de vezes. Mas ter uma capacidade limitada não pode armazenar muita carga e é perdida com o tempo.
Nós podemos projetar um carro elétrico com baterias que levam horas para carregar e cujas baterias caras nós temos que substituir depois de um tempo ou um poderoso com carregamento rápido sem manutenção que tem que ser carregado a cada poucos quilômetros. Para ajudar na segunda opção, acaba de ser publicado um artigo com um resultado promissor em supercondensadores, escrito por um grupo de pesquisadores da Universidade de Maryland. De acordo com o novo sistema de supercapacitores, é 10 vezes mais eficiente que os sistemas comerciais.
Se um sistema de armazenamento realmente barato e eficiente tem que ser ainda energia armazenamento planteable a partir de fontes renováveis, como a solar e eólica, que são fontes de energia intermitentes e cuja oferta varia de forma imprevisível, algo que nem as baterias ou capacitores atuais Eles são capazes de fazer hoje.
Gary Rubloff e Sang Bok Lee desenvolveram um método que melhora o armazenamento de carga em capacitores através do uso de nanotecnologia. Eles conseguem criar milhões de nanoestruturas idênticas projetadas para transportar elétrons rapidamente das grandes superfícies onde estão armazenados. Eles usam técnicas de auto-montagem, reações autolimitadas e auto-alinhamento para alcançá-lo. No final, você obtém milhões ou bilhões de nanoestruturas idênticas que recebem, armazenam e liberam a carga elétrica e, portanto, a energia.
A ideia é armazenar energia elétrica de tal forma que tenha simultaneamente alta potência e alta densidade de energia, a fim de ter um método de armazenamento que forneça energia e, ao mesmo tempo, carregue rapidamente. Um capacitor armazena eletrostaticamente a carga elétrica. O capacitor mais simples que pode ocorrer para nós consiste em duas placas de metal separadas por um dielétrico (isolante elétrico). Para armazenar carga, podemos transportar elétrons de uma placa para outra de tal forma que há um excesso de carga positiva (ausência de elétrons) em uma placa e um excesso de carga negativa na outra (excesso de elétrons).
Se então nós curto-circuito as duas placas com um fio, os elétrons passam de um lado para o outro (gerando uma corrente) até atingir uma situação de equilíbrio em que ambas as placas têm uma carga neutra. Mas, para obter muita carga, você precisa de muita superfície. É por isso que o condensador do seu flash tem duas folhas de metal flexíveis separadas por um dielétrico e enroladas em um cilindro compacto.
Mas esta maneira de obter muita superfície não é a única, ou melhor, não é suficiente. Pode-se imaginar uma estrutura dobrada sobre si mesma na forma de circunvoluções cerebrais. Quanto menor a estrutura, mais área teremos para um determinado volume, de modo que com dobras em nanoescala a área pode se tornar imensa. Isso é exatamente o que esses pesquisadores fizeram. O resultado obtido armazena 10 vezes mais carga do que os dispositivos comerciais sem sacrificar a alta potência.
Lee e Rubloff já estão desenvolvendo a tecnologia para fabricar massivamente esses capacitores industrialmente a baixo custo. Eles até acreditam que a produção de células solares e capacitores poderia ser integrada para produzi-los simultaneamente em um único dispositivo. Espera-se que este sistema experimente um desenvolvimento semelhante ao das baterias de lítio.
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