Pesquisa avança na otimização de supercapacitores de sódio eficientes

Raissa Venâncio, do CINE: 'Pesquisa ajudou a entender como cada eletrólito impacta o desempenho, estabilidade e vida útil, permitindo orientar o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes, seguros e duráveis, três fatores essenciais para a comercialização' (foto: CINE/divulgação)

Agência FAPESP * – Uma pesquisa realizada no âmbito do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) deve contribuir para o desenvolvimento de supercapacitores de sódio mais eficientes, seguros e duráveis. Os resultados podem ajudar a encurtar o caminho até a comercialização desses dispositivos promissores de armazenamento de energia. O CINE é um Centro de Pesquisa Aplicada (CPA) constituído pela FAPESP e pela Shell em 2018. É sediado nas universidades Estadual de Campinas (Unicamp), de São Paulo (USP) e Federal de São Carlos (UFSCar), com a participação de outras oito instituições brasileiras.

Atualmente, os supercapacitores comerciais utilizam íons de lítio nos seus eletrólitos, mas o interesse em usar íons de sódio tem aumentado. Esse elemento, que pode oferecer desempenho semelhante ao lítio, é mais abundante e está mais bem distribuído no planeta, tornando os dispositivos mais sustentáveis e economicamente viáveis, especialmente para aplicações em grande escala.

Os supercapacitores se destacam entre os dispositivos de armazenamento de energia pela sua potência, que é a velocidade com que conseguem carregar e entregar energia. Em virtude dessa característica, são usados em veículos eletrificados dentro de sistemas como a frenagem regenerativa, que transforma a energia cinética da desaceleração em eletricidade, e o “start-stop”, que desliga e religa automaticamente o motor em paradas rápidas. Além disso, podem ser utilizados em redes elétricas para estabilizar flutuações geradas pela intermitência das energias solar e eólica.

Entretanto, os supercapacitores apresentam limitações com relação à sua densidade de energia, que é a quantidade de eletricidade que pode ser armazenada em determinado peso ou volume.

No trabalho publicado no Journal of Materials Chemistry A – apoiado pela FAPESP por meio de três projetos (17/11958-1, 14/02163-7 e 23/17560-0) – os autores demonstraram que é possível fazer um ajuste preciso das propriedades do supercapacitor mediante a seleção criteriosa do composto usado no eletrólito para dissolver os íons de sódio. “Em nosso estudo, ao utilizar misturas de diferentes solventes, conseguimos aumentar significativamente a densidade de energia dos supercapacitores”, afirma Raissa Venâncio, que desenvolveu a pesquisa em seu doutorado na Unicamp, no contexto do CINE.

O estudo também teve participação de outros pesquisadores da Unicamp e de cientistas do Mackenzie, da Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, do Instituto Eldorado, da Universidade Nova de Lisboa (Portugal) e do Carissma Institute for Electric, Connected and Safe Mobility (Alemanha).

Durante a pesquisa, os autores produziram quatro tipos de solventes comumente usados em trabalhos com eletrólitos baseados em sódio e montaram pequenos supercapacitores com cada um deles. O desempenho dos dispositivos foi estudado por meio de uma abordagem que combinou técnicas clássicas de caracterização eletroquímica com espectrometria de massa eletroquímica “operando”.

Dessa forma, a equipe conseguiu caracterizar os supercapacitores enquanto estavam funcionando, durante a carga e a descarga. “Medimos quanta energia armazenam, quão rápido carregam e descarregam e como seu desempenho muda com o tempo”, conta Venâncio. Ao mesmo tempo, os autores monitoraram em tempo real a formação de gases dentro do dispositivo – fenômeno relativamente comum em baterias e supercapacitores. “Saber quais gases aparecem, quando e em que quantidade é importante porque eles indicam desgaste, podem reduzir a vida útil e até representar riscos de segurança”, explica a pesquisadora.

A abordagem permitiu não apenas verificar o desempenho dos supercapacitores, mas também compreender o motivo das falhas. “Isso nos ajudou a entender como cada eletrólito impacta o desempenho, estabilidade e vida útil, permitindo orientar o desenvolvimento de dispositivos mais eficientes, seguros e duráveis – três fatores essenciais para a comercialização”, diz Venâncio.

De acordo com a pesquisadora, os eletrólitos estudados, por serem líquidos, poderiam ser incorporados facilmente em sistemas atualmente usados para produzir supercapacitores de lítio, ao passo que outras soluções promissoras, como eletrólitos sólidos ou quase-sólidos, exigiriam adaptações significativas no processo industrial. Além disso, segundo Venâncio, alguns dos eletrólitos estudados podem ser produzidos por rotas simples e escaláveis, usando rejeitos de indústrias nacionais do setor petroquímico e de mineração. “Isso poderia abrir um novo mercado no Brasil, aproveitando materiais locais para uma futura fábrica de baterias”, antecipa a pesquisadora.

O artigo Tailoring electrolyte solvation for improved Na-based supercapacitor efficiency: an operando characterization approach pode ser lido em: pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2026/ta/d5ta07938a.

* Com informações de Verónica Savignano, do CINE.