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Folhas caídas no outono viram material de alta tecnologia para eletrônica e energia

Folhas caídas no outono viram alta tecnologia para eletrônica e energia
Depois que caem secas no outono, as folhas viram um material de alta tecnologia com largas aplicações na eletrônica e no armazenamento de energia. [Imagem: US National Park Service]

Da biomassa à eletrônica

As estradas do norte da China estão cercadas por árvores kiri, ou paulônia imperial, que são decíduas, ou seja, perdem as folhas no outono. Essas folhas geralmente são aproveitadas pela população, que as queima na estação mais fria.

Hongfang Ma, da Universidade Qilu de Tecnologia, estava pesquisando essas folhas em busca de novas formas de converter a biomassa em materiais de carbono porosos que pudessem ser usados para o armazenamento de energia - em eletrodos de baterias, por exemplo.

Nessa busca, ele desenvolveu um método para converter a massa de resíduos orgânicos em um material de carbono poroso que pode ser usado para produzir equipamentos eletrônicos de alta tecnologia - e justamente para armazenar energia.

Supercapacitor de carbono

Ma usou um processo de várias etapas, mas bastante simples, para converter as folhas caídas das árvores em uma forma de carbono que pode ser incorporada nos eletrodos como materiais ativos.

As folhas secas foram primeiro moídas e a massa resultante foi aquecida a 220º C por 12 horas. Isso produziu um pó composto de pequenas microesferas de carbono. Essas microesferas foram então tratadas com uma solução de hidróxido de potássio e aquecidas por aumentos graduais da temperatura em uma série de saltos, de 450 a 800º C.

O tratamento químico corrói a superfície das microesferas de carbono, tornando-as extremamente porosas. O produto final, um pó de carbono preto, tem uma área superficial muito alta graças a esses poros minúsculos. E essa superfície proporciona ao produto propriedades elétricas extraordinárias.

As curvas de corrente-tensão do material mostraram que a substância poderia ser usada para construir um capacitor excelente. Testes posteriores mostram que, na verdade, o material produz supercapacitores, com capacitâncias específicas de 367 Farads por grama - isto é mais de três vezes mais do que a capacitância dos supercapacitores de grafeno.

Materiais supercapacitivos

Os capacitores são componentes elétricos presentes em toda a eletrônica, armazenando energia entre dois condutores separados um do outro por um isolante. Já os supercapacitores geralmente podem armazenar de 10 a 100 vezes mais energia do que um capacitor comum e podem carregar e descarregar muito mais rapidamente do que uma bateria recarregável típica.

Por isso, materiais supercapacitivos são altamente promissores para uma grande variedade de aplicações de armazenamento de energia, dos computadores aos veículos híbridos e elétricos.

O professor Ma e seus colegas pretendem a seguir melhorar ainda mais as propriedades eletroquímicas do material poroso de carbono, otimizando o processo de preparação e permitindo a dopagem do material, ou seja, a modificação de suas propriedades para aplicações específicas mediante a adição de pequenas quantidades de outros elementos, como se faz com os demais materiais utilizados na eletrônica.

Bibliografia:

Supercapacitive performance of porous carbon materials derived from tree leaves
Hongfang Ma, Zhibao Liu, Xiaodan Wang, Rongyan Jiang
Vol.: 9, Issue 4
DOI: 10.1063/1.4997019




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