Energia

Supercapacitor de silício armazena energia dentro do chip

Supercapacitor de silício armazena energia dentro do chip
Estrutura do silício poroso recoberto com grafeno, que permite construir supercapacitores no silício em excesso nas células solares e chips.[Imagem: Landon Oakes et al./NSR]

Energia incorporada

Está pronto o primeiro supercapacitor feito de silício.

Supercapacitores são dispositivos de armazenamento que, em vez de guardarem a eletricidade em reações químicas, guardam íons na superfície de um material poroso.

Fazer um supercapacitor de silício significa que ele poderá ser fabricando dentro do próprio chip ou circuito eletrônico que deve alimentar.

E o contrário também é válido: como a maioria das células solares é feita de silício, se forem dotadas de supercapacitores, estes poderão ser carregados durante o dia, dosando-se a saída dos painéis solares para eles forneçam energia 24 horas por dia.

Outra boa notícia é que os supercapacitores poderão ser fabricados com o silício que sobra no processo atual de fabricação de microprocessadores, células solares, sensores e todos os demais circuitos eletrônicos.

"Se você perguntar aos especialistas sobre fazer um supercapacitor de silício, eles vão lhe dizer que é uma ideia maluca. Mas nós descobrimos uma forma fácil de fabricá-los," conta Cary Pint, da Universidade Vanderbilt, nos Estados Unidos.

Supercapacitor de silício

Supercapacitores operam por milhões de ciclos, em vez dos alguns milhares típicos das baterias.

Contudo, eles tendem a liberar sua energia muito rapidamente, de forma concentrada, o que os torna úteis em sistemas regenerativos de freios, por exemplo.

Até agora, as tentativas de aumentar a densidade de energia dos supercapacitores vinham se concentrando em materiais à base de carbono, sobretudo os nanotubos de carbono e o grafeno.

Supercapacitor de silício armazena energia dentro do chip
A pastilha de silício com superfície porosa é recoberta com grafeno a uma temperatura de 600º C. [Imagem: Joe Howell/Vanderbilt University]

Correndo o risco de serem chamados de malucos, Pint e seus alunos começaram a trabalhar com silício poroso, um material que pode ser obtido desgastando eletroquimicamente a superfície de uma pastilha de silício.

Para evitar que o silício reagisse com os eletrólitos que fornecem os íons para armazenar a eletricidade, o grupo simplesmente recobriu-o com uma fina camada de carbono - essencialmente algumas camadas de grafeno.

A surpresa é que o grafeno ajudou a aumentar a densidade de energia dos supercapacitores de silício em duas ordens de grandeza - mais de 100 vezes - o que os tornou superiores aos supercapacitores tradicionais.

Energia integrada

A equipe já está trabalhando na aplicação da técnica no silício não utilizado pelas células solares, de forma que uma parte da eletricidade gerada por elas seja armazenada e liberada conforme a necessidade.

"Todas as coisas que nos definem em um ambiente moderno necessitam de eletricidade," disse Pint. "Quanto mais pudermos integrar o armazenamento de energia nos materiais e equipamentos já existentes, mais compactos e eficientes eles irão se tornar."

Bibliografia:

Surface engineered porous silicon for stable, high performance electrochemical supercapacitors
Landon Oakes, Andrew Westover, Jeremy W. Mares, Shahana Chatterjee, William R. Erwin, Rizia Bardhan, Sharon M. Weiss, Cary L. Pint
Nature Scientific Reports
Vol.: 3, Article number: 3020
DOI: 10.1038/srep03020




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