Imagine se seu laptop ou telefone descarregado pudesse carregar em um minuto ou se um carro elétrico pudesse ser totalmente carregado em 10 minutos. Embora ainda não seja possível, novas pesquisas de uma equipe de cientistas da CU Boulder podem levar a esses avanços. Publicado nos Proceedings of the National Academy of Sciences, pesquisadores do laboratório de Ankur Gupta descobriram como minúsculas partículas carregadas, chamadas íons, se movem dentro de uma rede complexa de poros minúsculos. A descoberta pode levar ao desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia mais eficientes, como supercapacitores, professor assistente de engenharia química e biológica.
“Dado o papel crítico da energia no futuro do planeta, senti-me inspirado para aplicar meu conhecimento de engenharia química ao avanço de dispositivos de armazenamento de energia”. “Parecia que o tópico estava pouco explorado e, como tal, a oportunidade perfeita.” Gupta explicou que várias técnicas de engenharia química são usadas para estudar o fluxo em materiais porosos, como reservatórios de petróleo e filtragem de água, mas não foram totalmente utilizadas em alguns sistemas de armazenamento de energia. A descoberta é significativa não apenas para armazenar energia em veículos e dispositivos eletrônicos, mas também para redes de energia, onde a demanda flutuante de energia exige armazenamento eficiente para evitar desperdício durante períodos de baixa demanda e garantir fornecimento rápido durante alta demanda.
Supercapacitores, dispositivos de armazenamento de energia que dependem do acúmulo de íons em seus poros, têm tempos de carga rápidos e vida útil mais longa em comparação com as baterias. “O principal apelo dos supercapacitores está em sua velocidade”. “Então, como podemos tornar sua carga e liberação de energia mais rápidas? Pelo movimento mais eficiente dos íons.” Suas descobertas modificam a lei de Kirchhoff, que governa o fluxo de corrente em circuitos elétricos desde 1845 e é um grampo nas aulas de ciências dos alunos do ensino médio.
Ao contrário dos elétrons, os íons se movem devido a campos elétricos e difusão, e os pesquisadores determinaram que seus movimentos nas interseções dos poros são diferentes do que foi descrito na lei de Kirchhoff. Antes do estudo, os movimentos dos íons eram descritos apenas na literatura em um poro reto. Através dessa pesquisa, o movimento de íons em uma rede complexa de milhares de poros interconectados pode ser simulado e previsto em poucos minutos. “Esse é o salto do trabalho”, disse Gupta. “Encontramos o elo perdido.”