Descoberta chinesa aumenta a tensão e a estabilidade dos supercapacitores à base de água

Os supercapacitores armazenam energia de forma diferente das baterias normais. Em vez de utilizarem reacções químicas, baseiam-se na separação de iões. Isto permite-lhes carregar e descarregar muito mais rapidamente. Já são utilizados em tecnologias como a travagem regenerativa e a estabilização da rede. Mas, até à data, têm enfrentado sérias limitações.

A maioria dos supercapacitores utiliza electrólitos à base de água. Estes são mais seguros e mais baratos do que as alternativas orgânicas, mas degradam-se a baixas tensões, normalmente inferiores a 1 volt. Também têm dificuldades com temperaturas extremas, congelando abaixo de 0°C e fervendo a 100°C. Estas desvantagens limitaram a sua utilização em veículos eléctricos e noutros ambientes exigentes.

A equipa de investigação chinesa resolveu este problema com uma nova mistura de electrólitos. A sua fórmula combina água, um líquido iónico chamado EMIMNTf₂ e trifluorometanosulfonato de potássio (KOTf). Normalmente, a água e os líquidos iónicos não se misturam, mas o sal de potássio ajuda a reestruturar as ligações de hidrogénio da água, permitindo que os líquidos se combinem.

Esta alteração impede a decomposição da água, permitindo que o supercondensador funcione a 3,37 volts, quase o triplo da tensão habitual. Também se mantém estável de 0 a 100°C, o que o torna muito mais útil em condições reais.

O protótipo também se revelou durável: manteve 81,8% da sua capacidade após 10.000 ciclos de carga-descarga a 60°C. Em comparação, os supercapacitores comerciais podem perder até 30% da sua capacidade após apenas 5.000 ciclos.

A densidade energética foi outro ponto positivo. Embora ainda não esteja ao nível das baterias de iões de lítio, o novo dispositivo aproximou-se; também manteve as vantagens da carga e descarga rápidas que tornam os supercapacitores únicos.

No entanto, continuam a existir desafios. O novo eletrólito está ainda em fase de laboratório. O aumento da escala para a produção industrial exigirá novos métodos e os sistemas de veículos eléctricos existentes necessitariam de grandes reformulações para lidar com a tensão mais elevada.

Os especialistas dizem que a descoberta é promissora, mas apontam para a necessidade de um fabrico rentável antes de poder competir com as tecnologias de baterias existentes. Se esses obstáculos forem ultrapassados, o novo sistema poderá reduzir a dependência do lítio, oferecendo uma opção mais sustentável e de carregamento mais rápido.

A investigação faz parte de um esforço mais alargado da China para inovar na área do armazenamento de energia. Desde 2015, o país registou mais de 75% de patentes globais relacionadas com supercapacitores. Este último avanço apoia os esforços globais para melhorar o armazenamento da rede e eletrificar os transportes utilizando tecnologias mais limpas e mais eficientes.

Embora não venha a substituir as baterias de iões de lítio tão cedo, este sistema híbrido poderá abrir caminho a novas combinações que combinem os pontos fortes de ambos os tipos de baterias.