Desenvolvimento de protótipo armazenador e fornecedor de energia

Resumo

Um dos maiores problemas mundiais da atualidade é o manejo de Energia Elétrica. Sistemas eólico e solar desconectados da rede (off-grid), veículos elétricos, equipamentos hospitalares (desfibriladores), dispositivos tecnológicos portáteis e muitos outros estão aguardando o melhor desenvolvimento e o subsequente menor custo de sistemas limpos de armazenamento e fornecimento de Energia. As baterias recarregáveis já trouxeram uma revolução na mobilidade e comunicação urbana, mas ainda estão aquém do necessário, pois levam um grande período de tempo para carregar e podem explodir se exigidas em demasia. Por isso, a questão é muito importante e sua solução atenderá um amplo mercado com grandes ganho potencial. Dentro deste viés, este projeto propõe o desenvolvimento de um protótipo de um potente armazenador e fornecedor de Energia. Visando a redução do tempo de recarga, nosso dispositivo será um híbrido entre supercapacitor e bateria recarregável. As baterias recarregáveis funcionam através processos Faradáico e apresentam maior capacidade de armazenamento, contudo, são limitadas pelo tempo das suas reações químicas, inerentes ao seu processo redox de funcionamento. Devido a esta problemática, os supercapacitores são ideais para complementar as baterias quando se deseja realizar processos rápidos de armazenamento e fornecimento de Energia, pois funcionam através de processo não Faradáico de dupla camada de Stern na interface eletrodo/eletrólito. Tal processo é imediato e não destrutivo, permitindo que o dispositivo tenha uma vida útil prolongada. Além disso, a capacitância e a Energia armazenada são diretamente proporcionais a sua área eletroquimicamente ativa, o que justifica serem construídos a partir de nanomateriais porosos. Visando justamente a utilização das vantagens de ambas as tecnologias, neste trabalho desenvolveremos materiais porosos como nanotubos de carbono verticalmente alinhados, grafenos e diamantes. Tais materiais serão depositados sobre folha de alumínio e servirão como eletrodos para o dispositivo. Serão estudados extensivamente as hibridizações do carbono, a formação de defeito nas paredes, a funcionalização da superfície por técnicas de espectroscopia Raman, transformada de Fourier, Raios-X e por técnicas microscopia de transmissão, varredura e força atômica. Além do estudo do material, estudaremos o conceito da célula considerando espessura dos filmes, tipo de membrana mesoporosa, tipo de eletrólito e tipo de componente pseudocapacitivo a ser considerado. No último caso, serão estudados como casar os tempos entre os processos Faradáicos e não-Faradáicos e como produzir dispositivo sanduíche supercapacitor/bateria. Os primeiros protótipos serão montados em célula tipo moeda antes de sua expansão para dispositivo em maior escala, que é o compromisso deste projeto. (AU)