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Pesquisadores criam supercapacitores extensíveis para nossos próximos wearables

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Florestas de nanotubos de carbono melhoram o desempenho do supercapacitor extensível Universidade Duke

Imagine um novo tipo de supercapacitor que pode ser repetidamente esticado para oito vezes seu tamanho original, mas ainda mantendo sua funcionalidade total. Só depois 10.000 ciclos de carregar e recarregar ele começa a perder uma pequena porcentagem de seu desempenho energético.

Pesquisadores da Duke University e da Michigan State University (MSU) fizeram exatamente isso. A equipe vê seu novo supercapacitor como parte de um sistema eletrônico flexível, expansível e independente de energia, que poderia ser usado em dispositivos eletrônicos vestíveis ou biomédicos.

Seu estudo foi publicado em um jornal da Cell Press, Importam, na quinta feira.

Sobrevivendo a deformações mecânicas

"Nosso objetivo é desenvolver dispositivos inovadores que possam sobreviver a deformações mecânicas como alongamento, torção ou dobra sem perder desempenho", disse Changyong Cao, diretor do Laboratório de Máquinas Soft e Eletrônica da MSU e autor sênior do estudo.

"Mas se a fonte de energia de um dispositivo eletrônico extensível não for extensível, todo o sistema do dispositivo será restringido para ser não extensível", continuou Cao.

Um supercapacitor, às vezes também conhecido como ultracapacitor, armazena energia como uma bateria. Mas, ao contrário das baterias, um supercapacitor armazena energia por meio da separação de carga e não é capaz de criar sua própria energia. Ele precisa de uma fonte externa para carregar.

Também em contraste com as baterias, os supercapacitores podem liberar energia em rajadas curtas, mas enormes. Eles também carregam e recarregam muito mais rapidamente, tornando-os ideais para aplicações curtas e de alta potência, como em amplificadores em um sistema estéreo ou um flash em uma câmera.

O principal problema é que geralmente são duras, assim como as baterias. Então, outro autor sênior do estudo, Jeff Glass, professor de engenharia elétrica e de computação na Duke University, e Cao cultivaram uma floresta de nanotubos de carbono - um patch de milhões de nanotubos apenas 15 nanômetros de diâmetro e 20-30 micrômetros de altura - sobre um wafer de silício. Para colocar isso em perspectiva, é aproximadamente o tamanho da largura das menores bactérias e a altura das células animais que ela infecta.

CONSULTE TAMBÉM: OS ULTRACAPACITORES PODEM SUBSTITUIR AS BATERIAS EM FUTUROS VEÍCULOS ELÉTRICOS?

A floresta de nanotubos de carbono é então revestida com nanofilme de ouro, usado como um coletor elétrico. A equipe então usa um método para amassar a floresta de nanotubos, que Glass explicou: "A dobra aumenta muito a quantidade de área de superfície disponível em um pequeno espaço, o que aumenta a quantidade de carga que ela pode conter." Todos os nanotubos são então preenchidos com um eletrólito em gel.

O resultado final são supercapacitores superestáveis ​​que podem alimentar dispositivos vestíveis do futuro.

"Muitas pessoas querem acoplar supercapacitores e baterias", disse Glass. "Um supercapacitor pode carregar rapidamente e sobreviver milhares ou mesmo milhões de ciclos de carregamento, enquanto as baterias podem armazenar mais carga para que possam durar muito tempo. Colocá-los juntos oferece o melhor dos dois mundos. Eles desempenham duas funções diferentes dentro do mesmo sistema elétrico. "


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