Novos rumos no armazenamento de energia

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O armazenamento de energia é considerado uma das grandes metas do séc. xxi. Conseguir armazenar mais energia e utilizá-la de forma mais rápida é uma das grandes ambições de todos os que desenvolvem ou utilizam dispositivos de armazenamento de energia.

Existem diferentes tecnologias para armazenamento de energia. As tecnologias eletroquímicas são aquelas que convertem a energia elétrica em energia química e a armazenam sob essa forma, e que posteriormente convertem a energia química em energia elétrica de modo a que a mesma possa ser utilizada.

Existem atualmente duas grandes tecnologia eletroquímicas no mercado: as baterias e os supercondensadores. As baterias mais populares são as de chumbo, que podem ser encontradas nas mais diversas aplicações e fazem parte de todos os veículos com motores de combustão. As gerações mais recentes de baterias, nomeadamente as de níquel e ião lítio, fazem parte de inúmeras soluções em mobilidade elétrica e em eletrónica portátil. Hoje, a nossa vida não seria a mesma sem uma ou duas baterias de ião lítio na algibeira.

Os supercondensadores fazem também parte de muitas soluções como, por exemplo, o sistema start-and-stop, presente em muitos veículos, ou câmaras fotográficas com flash. Os iPhones mais modernos também possuem entre 6 e 12 supercondensadores de suporte à bateria, pelo que transportamos também uns quantos connosco.

As baterias conseguem armazenar uma elevada quantidade de energia, mas entregam-na de forma relativamente lenta. Os supercondensadores, em contrapartida, armazenam pouca energia, mas conseguem entregá-la de forma muito mais rápida, isto é, apresentam elevada densidade de potência.

Para além do mais, podem ser carregados e descarregados em muito curto espaço de tempo, até largas dezenas ou centenas de milhares de vezes, ao contrário das baterias, que demoram a carregar e apresentam um número de ciclos de carga-descarga, quando muito, de alguns milhares (caso das baterias de ião lítio mais modernas).

Obviamente que um dos grandes desafios tecnológicos nos dispositivos de armazenamento de energia por via eletroquímica consiste em tentar combinar num único dispositivo uma elevada densidade de energia com uma boa resposta de potência e elevada ciclabilidade. As baterias de lítio apresentam já características que evoluem neste sentido, mas a sua química obriga a tempos de carga e descarga ainda longos e a um número de ciclos limitado.

Uma das soluções mais promissoras para atingir o triplo objetivo energia+potência+ciclabilidade consiste em combinar num único dispositivo um elétrodo de bateria com um elétrodo de supercondensador, criando-se assim um dispositivo híbrido (ou assimétrico) que ainda não possui nome definido. Há quem lhe chame ultrabateria e há quem lhe chame supercondensador assimétrico. São muitos os desafios inerentes ao desenvolvimento destes dispositivos, mas um dos segredos reside na combinação e escolha dos materiais que constituem os seus elétrodos. Neste sentido, temos assistido a um forte aumento das atividades de investigação que visam desenvolver novos materiais de elétrodo.

Em Portugal e, em particular, no Instituto Superior Técnico existe um grupo de investigação que se tem dedicado a encontrar novas soluções que combinam óxidos e hidróxidos de diversos metais (níquel, cobalto, molibdénio, manganês) com diversas formas de carbono (espumas de carbono, grafeno, papel de carbono) de modo a desenvolver novas soluções para supercondensadores assimétricos de elevada densidade de energia e potência.

Estas soluções já deram origem à criação de uma empresa de base tecnológica (uma spin-off do IST), a C2C (www.c2cnewcap.com), que desenvolve um novo supercondensador assimétrico com uma engenharia muito particular, patenteada, que combina a elevada densidade de energia característica dos elétrodos de níquel com elétrodos de carbono de modo a conseguir uma boa resposta de potência e elevada ciclabilidade.

Esta nova visão tecnológica e capacidade de inovação assenta num profundo conhecimento sobre o comportamento eletroquímico dos materiais e sua produção por vias simples, competitivas e capazes de revolucionar o futuro do armazenamento de energia em dispositivos eletroquímicos.

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