Um novo supercondensador de ultramicro dimensão é capaz de armazenar uma enorme quantidade de carga elétrica. Este novo supercondensador é muito menor e mais compacto do que os atualmente existentes e pode ser usado em muitos dispositivos, desde iluminação pública a equipamento elétrico de consumo, carros elétricos e dispositivos médicos.
A maioria dos dispositivos são atualmente alimentados por baterias. No entanto, com o tempo, essas baterias perdem a capacidade de armazenar carga e, portanto, têm uma vida útil limitada. Os condensadores, por outro lado, podem armazenar carga elétrica durante muito mais tempo, em virtude do seu design. Por exemplo, um condensador a operar a 5 volts continuará a operar na mesma tensão mesmo depois de uma década.
Mas, diferentemente das baterias, elas não podem descarregar energia constantemente – para alimentar um telefone celular, por exemplo.
Os supercondensadores combinam o melhor das baterias e dos condensadores, pois podem armazenar e libertar grandes quantidades de energia e, por isso são muito procurados para dispositivos eletrónicos de última geração.
No Instituto Indiano de Ciências os investigadores desenvolveram um supercondensador usando transistores de efeito de campo ou FETs como armazenadores de carga, em vez dos elétrodos metálicos usados nos condensadores atuais. “Usar o FET como elétrodo para supercondensador é algo novo para ajustar a carga de um condensador”, diz Abha Misra, do Instituto Indiano de Ciências e autor correspondente do estudo, já publicado na ACS Energy Letter
Os condensadores de corrente usam normalmente elétrodos à base de óxido de metal, mas são limitados pela baixa mobilidade dos elétrons. Portanto, Abha Misra e sua equipa decidiram construir FETs híbridos, consistindo em camadas alternadas de poucos átomos de dissulfeto de molibdénio (MoS 2) e grafeno – para aumentar a mobilidade eletrónica – que são então conectadas a contatos de ouro. Um eletrólito de gel sólido é usado entre os dois elétrodos FET para construir um supercondensador de estado sólido. Toda a estrutura é construída sobre uma base de dióxido de silício/silício.
“O design é a parte crítica, porque está a integrar dois sistemas”, diz Abha Misra. Os dois sistemas são os dois elétrodos FET e o eletrólito em gel (um meio iónico), que possuem diferentes capacidades de carga. Vinod Panwar, investigador do Instituto Indiano de Ciências e um dos principais autores do estudo, acrescentou que foi um desafio fabricar o dispositivo para obter todas as características ideais do transístor. Como os supercondensadores são muito pequenos, podem não ser vistos sem um microscópio, e o processo de fabricação requer alta precisão e coordenação olho-mão.
Depois Batedo fabrico do supercondensador, os investigadores mediram a capacitância eletroquímica ou a capacidade de retenção de carga do dispositivo aplicando várias voltagens. Eles descobriram que, sob certas condições, a capacitância aumentava em 3.000%. Por outro lado, um condensador contendo apenas MoS 2 sem grafeno mostrou apenas um aumento de 18% na capacitância nas mesmas condições.
No futuro, os investigadores indicam que planeiam explorar se a substituição do MoS 2 por outros materiais pode aumentar ainda mais a capacitância de do supercondensador. E acrescentaram que seu supercondensador é totalmente funcional e pode ser implantado em dispositivos de armazenamento de energia, como baterias de carros elétricos ou qualquer sistema miniaturizado por integração no chip. Eles também estão a planear solicitar uma patente para o supercondensador.
