Agência FAPESP – Uma pesquisa no Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) visa desenvolver supercapacitores de sódio mais eficientes, seguros e duráveis. Esses avanços têm potencial para acelerar a comercialização de dispositivos inovadores de armazenamento de energia. O CINE, fundado em 2018 através de uma parceria entre a FAPESP e a Shell, é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) e está situado em instituições como a Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), a Universidade de São Paulo (USP) e a Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), contando com a colaboração de oito outras instituições brasileiras.
Atualmente, a maioria dos supercapacitores comerciais utiliza íons de lítio como eletrólitos, mas o uso de íons de sódio está em ascensão. Este elemento não apenas oferece desempenho comparável ao lítio, mas também é mais abundante e distribuído, tornando os dispositivos mais sustentáveis e economicamente viáveis, especialmente em aplicações em larga escala.
Os supercapacitores são destacados por sua alta potência, proporcionando rapidez no carregamento e descarga. Devido a essa característica, eles são amplamente usados em veículos eletrificados em sistemas de frenagem regenerativa, que retransformam a energia cinética em eletricidade, e no sistema “start-stop”, que desliga e religa automaticamente o motor em paradas curtas. Além disso, são importantes para estabilizar flutuações em redes elétricas provocadas por fontes intermitentes, como a solar e a eólica.
Contudo, há limitações em relação à densidade de energia dos supercapacitores, que é a quantidade de eletricidade que podem armazenar por peso ou volume.
Um estudo publicado no Journal of Materials Chemistry A, financiado pela FAPESP através de três projetos (17/11958-1, 14/02163-7 e 23/17560-0) demonstrou que ajustes precisos nas propriedades dos supercapacitores podem ser alcançados através da seleção cuidadosa dos compostos utilizados no eletrólito para a dissolução dos íons de sódio. “Em nosso estudo, ao utilizar misturas de diferentes solventes, conseguimos aumentar significativamente a densidade de energia dos supercapacitores”, explica Raissa Venâncio, que conduziu a pesquisa em seu doutorado na Unicamp no âmbito do CINE.
O projeto contou com a colaboração de pesquisadores da Unicamp e especialistas da Universidade Presbiteriana Mackenzie, da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, do Instituto Eldorado, da Universidade Nova de Lisboa (Portugal) e do Carissma Institute for Electric, Connected and Safe Mobility (Alemanha).
Durante a pesquisa, foram produzidos quatro tipos de solventes frequentemente utilizados em estudos com eletrólitos à base de sódio, e pequenos supercapacitores foram montados utilizando cada um deles. O desempenho dos dispositivos foi analisado através de uma abordagem que combinou técnicas clássicas de caracterização eletroquímica com espectrometria de massa eletroquímica “operando”.
Essa metodologia permitiu à equipe caracterizar os supercapacitores em funcionamento, durante os ciclos de carga e descarga. “Medimos a quantidade de energia armazenada, a velocidade de carga e descarga e como o desempenho varia ao longo do tempo”, relata Venâncio. Simultaneamente, monitoraram a formação de gases dentro do dispositivo, um fenômeno comum em baterias e supercapacitores. “Identificar quais gases se formam, quando e em qual quantidade é crucial, pois isso pode indicar desgastes, diminuir a vida útil e representar riscos de segurança”, detalha a pesquisadora.
A abordagem não só avaliou o desempenho dos supercapacitores, mas também elucidou as razões para eventuais falhas. “Isso nos ajudou a entender como cada eletrólito influencia o desempenho, a estabilidade e a vida útil, permitindo o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes e seguros – fatores vitais para a comercialização”, conclui Venâncio.
Os eletrólitos estudados, por serem líquidos, podem ser integrados facilmente nos sistemas atuais de produção de supercapacitores de lítio, ao contrário de soluções como eletrólitos sólidos que requerem adaptações significativas na indústria. Além disso, alguns dos eletrólitos analisados podem ser produzidos de forma simples e escalável, utilizando rejeitos de indústrias do setor petroquímico e de mineração no Brasil. “Isso poderia abrir um novo mercado no país, aproveitando materiais locais para uma futura fábrica de baterias”, antecipa a pesquisadora.
O artigo “Tailoring electrolyte solvation for improved Na-based supercapacitor efficiency: an operando characterization approach” está disponível em: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ta/d5ta07938a.
* Com informações de Verónica Savignano, do CINE.
Informações da Agência FAPESP
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