Pesquisadores da Universidade Monash desenvolveram um novo processo que melhora significativamente o desempenho de supercapacitores, oferecendo alta densidade energética e capacidade de carregamento rápido. A conquista foi possível graças à aplicação de uma etapa de recozimento térmico rápido a um precursor de óxido de grafite, que permitiu a criação de dispositivos avançados de armazenamento de energia com densidades de potência de até 69,2 kW por litro.
Os supercapacitores diferem das baterias, pois armazenam carga eletrostaticamente, em vez de por meio de reações químicas. No entanto, uma limitação de longa data era que apenas uma pequena parte da superfície do material de carbono podia ser usada para armazenamento de energia. De acordo com o professor Mainak Majumder, diretor do Centro de Pesquisa ARC para Manufatura Avançada com Materiais 2D (AM2D) da Universidade Monash, o avanço veio da alteração do processo de tratamento térmico para permitir maior acessibilidade à superfície. Ele explicou: "Isso pode nos permitir construir supercapacitores de carregamento rápido que armazenam energia suficiente para substituir baterias em muitas aplicações e a fornecem muito mais rapidamente."
A inovação baseia-se em um novo design de material chamado óxido de grafeno reduzido em múltiplas escalas (M-rGO), sintetizado a partir de grafite natural. Empregando recozimento térmico rápido, os pesquisadores produziram uma estrutura de grafeno altamente curva com vias otimizadas para o movimento de íons. Essa estrutura suporta tanto o armazenamento de alta energia quanto a rápida geração de energia.
Petar Jovanović, pesquisador do AM2D Hub e coautor do estudo, relatou que, quando integrados a dispositivos de células tipo bolsa, os supercapacitores atingiram densidades volumétricas de energia de até 99,5 Wh/L e densidades de potência de até 69,2 kW/L, além de ciclos estáveis de longo prazo. Ele observou: "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."
A equipe destacou que esse progresso representa um avanço importante no esforço global para desenvolver sistemas de armazenamento de energia que combinem velocidade e capacidade. As aplicações potenciais incluem transporte eletrificado, estabilização de rede e eletrônicos de consumo de última geração.
Os esforços de comercialização já estão em andamento. Phillip Aitchison, diretor de tecnologia da Ionic Industries, spin-off da Monash, e coautor do estudo, afirmou: “A Ionic Industries foi criada para comercializar inovações como essas e agora estamos produzindo quantidades comerciais desses materiais de grafeno. Estamos trabalhando com parceiros de armazenamento de energia para levar esse avanço a aplicações orientadas ao mercado, onde tanto a alta energia quanto o rápido fornecimento de energia são essenciais.”
Os resultados da pesquisa foram publicados na Nature Communications sob o artigo intitulado Operando interlayer expansion of multiscale curved graphene for volumetrically-efficient supercapacitors. Os resultados demonstram como inovações fundamentais em materiais podem abrir caminhos para novas soluções energéticas, combinando eficiência com escalabilidade para implantação industrial.
