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Capacitores flexíveis e adaptáveis podem ser alternativa a baterias
Ao contrário das baterias, os capacitores são capazes de liberar grandes quantidades de energia instantaneamente. Isso os torna promissores em várias aplicações, inclusive para o uso em veículos elétricos e para o armazenamento da energia gerada pelos ventos ou por células solares, liberando-a em momentos de picos de consumo sem depender dos elementos naturais.
Para isso, contudo, eles devem superar a sua grande deficiência, a baixa densidade de energia - liberar grandes potências é uma vantagem, mas há que se acumular mais energia para que ela possa ser liberada durante um tempo maior. E os progressos nessa área têm sido promissores (veja Super-capacitor se aproxima de baterias de íons de lítio).
Capacitores de plástico ferroelétrico
Agora, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, relataram dois progressos que poderão, em poucos anos, fazer com que os capacitores superem as baterias não apenas quando o assunto é potência e capacidade de carga, mas também na leveza e na versatilidade.
A equipe do Dr. Qing Wang criou os primeiros capacitores feitos de polímeros ferroelétricos. Sendo feitos de material plástico, eles são extremamente leves, podem ser fabricados em qualquer formato e os primeiros protótipos, ainda em escala de laboratório, se mostraram competitivos com as baterias.
Substitutos das baterias
O feito está para a área de energia assim como a eletrônica orgânica está para a atual indústria de semicondutores. A leveza e a maleabilidade dos componentes plásticos farão com que os capacitores passem a concorrer em outras áreas, com na substituição das baterias em equipamentos portáteis, como celulares e computadores.
"Os materiais tradicionais [usados nos capacitores] são materiais cerâmicos que têm peso elevado e são muito frágeis. A eletrônica portátil exige sistemas de armazenamento de energia elétrica que sejam leves," diz o Dr. Wang.
Permissividade dielétrica e densidade de carga
Ele e seu grupo desenvolveram dois tipos de materiais para a criação dessa nova geração de capacitores plásticos flexíveis: um polímero com densidade de carga ajustável e um nanocompósito de polímero e cerâmica para uso como material de armazenamento de energia.
O polímero apresenta uma permissividade dielétrica extremamente alta - permissividade é uma medida que indica quanta carga elétrica é armazenada em um material para um dado campo elétrico, sendo um indicador da eficácia que o material tem quando armazena energia em um capacitor. Alterando os componentes que formam o polímero é possível ajustar suas propriedades dielétricas e de densidade de carga.
Ao adicionar nanopartículas de cerâmica ao polímero original, os pesquisadores conseguiram elevar substancialmente a sua densidade de carga porque a cerâmica normalmente tem permissividade dielétrica mais elevada do que os polímeros. Para isso eles tiveram que adicionar grupos funcionalizados para combinar o polímero e a cerâmica, já que suas propriedades elétricas são bastante diferentes.
"Combinar a permissividade e a dispersão uniforme das nanopartículas de cerâmica não é fácil," diz Wang. "Os dois problemas têm que ser atacados e resolvidos ao mesmo tempo para que o material tenha as características desejadas."
Aplicações dos capacitores plásticos
Nos veículos híbridos, capacitores com alta densidade de carga poderão compor sistemas de recuperação de energia mais eficientes. Nesses veículos, a energia cinética é coletada durante a frenagem e transformada em eletricidade, que é acumulada nas baterias. Caso sejam acumuladas em capacitores plásticos, muito mais leves, a energia poderá ser liberada mais rapidamente quando necessário. Mesmo numa primeira etapa, enquanto os capacitores não substituem inteiramente as baterias, isso poderá significar a necessidade de baterias menores para os veículos híbridos.
Os novos polímeros dielétricos não terão utilidade apenas em capacitores, podendo também substituir a camada dielétrica de dióxido de silício que é atualmente utilizada nos chips. A rigor, no campo da eletrônica, eles são mais um elemento que se soma à promissora família da eletrônica orgânica.
Redação do Site Inovação Tecnológica
(br)
Ao contrário das baterias, os capacitores são capazes de liberar grandes quantidades de energia instantaneamente. Isso os torna promissores em várias aplicações, inclusive para o uso em veículos elétricos e para o armazenamento da energia gerada pelos ventos ou por células solares, liberando-a em momentos de picos de consumo sem depender dos elementos naturais.
Para isso, contudo, eles devem superar a sua grande deficiência, a baixa densidade de energia - liberar grandes potências é uma vantagem, mas há que se acumular mais energia para que ela possa ser liberada durante um tempo maior. E os progressos nessa área têm sido promissores (veja Super-capacitor se aproxima de baterias de íons de lítio).
Capacitores de plástico ferroelétrico
Agora, pesquisadores da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, relataram dois progressos que poderão, em poucos anos, fazer com que os capacitores superem as baterias não apenas quando o assunto é potência e capacidade de carga, mas também na leveza e na versatilidade.
A equipe do Dr. Qing Wang criou os primeiros capacitores feitos de polímeros ferroelétricos. Sendo feitos de material plástico, eles são extremamente leves, podem ser fabricados em qualquer formato e os primeiros protótipos, ainda em escala de laboratório, se mostraram competitivos com as baterias.
Substitutos das baterias
O feito está para a área de energia assim como a eletrônica orgânica está para a atual indústria de semicondutores. A leveza e a maleabilidade dos componentes plásticos farão com que os capacitores passem a concorrer em outras áreas, com na substituição das baterias em equipamentos portáteis, como celulares e computadores.
"Os materiais tradicionais [usados nos capacitores] são materiais cerâmicos que têm peso elevado e são muito frágeis. A eletrônica portátil exige sistemas de armazenamento de energia elétrica que sejam leves," diz o Dr. Wang.
Permissividade dielétrica e densidade de carga
Ele e seu grupo desenvolveram dois tipos de materiais para a criação dessa nova geração de capacitores plásticos flexíveis: um polímero com densidade de carga ajustável e um nanocompósito de polímero e cerâmica para uso como material de armazenamento de energia.
O polímero apresenta uma permissividade dielétrica extremamente alta - permissividade é uma medida que indica quanta carga elétrica é armazenada em um material para um dado campo elétrico, sendo um indicador da eficácia que o material tem quando armazena energia em um capacitor. Alterando os componentes que formam o polímero é possível ajustar suas propriedades dielétricas e de densidade de carga.
Ao adicionar nanopartículas de cerâmica ao polímero original, os pesquisadores conseguiram elevar substancialmente a sua densidade de carga porque a cerâmica normalmente tem permissividade dielétrica mais elevada do que os polímeros. Para isso eles tiveram que adicionar grupos funcionalizados para combinar o polímero e a cerâmica, já que suas propriedades elétricas são bastante diferentes.
"Combinar a permissividade e a dispersão uniforme das nanopartículas de cerâmica não é fácil," diz Wang. "Os dois problemas têm que ser atacados e resolvidos ao mesmo tempo para que o material tenha as características desejadas."
Aplicações dos capacitores plásticos
Nos veículos híbridos, capacitores com alta densidade de carga poderão compor sistemas de recuperação de energia mais eficientes. Nesses veículos, a energia cinética é coletada durante a frenagem e transformada em eletricidade, que é acumulada nas baterias. Caso sejam acumuladas em capacitores plásticos, muito mais leves, a energia poderá ser liberada mais rapidamente quando necessário. Mesmo numa primeira etapa, enquanto os capacitores não substituem inteiramente as baterias, isso poderá significar a necessidade de baterias menores para os veículos híbridos.
Os novos polímeros dielétricos não terão utilidade apenas em capacitores, podendo também substituir a camada dielétrica de dióxido de silício que é atualmente utilizada nos chips. A rigor, no campo da eletrônica, eles são mais um elemento que se soma à promissora família da eletrônica orgânica.
Redação do Site Inovação Tecnológica
(br)