Estudo indica que o ajuste do eletrólito pode aumentar o desempenho e aproximar a tecnologia da aplicação comercial

Uma pesquisa desenvolvida no âmbito do Centro de Inovação em Novas Energias (CINE) apresenta avanços importantes para o desenvolvimento de supercapacitores baseados em sódio mais eficientes, seguros e duráveis. Os resultados ajudam a reduzir o caminho até a comercialização desses dispositivos, considerados promissores para o armazenamento de energia. O CINE é um Centro de Pesquisa Aplicada criado em 2018 por parceria entre a FAPESP e a Shell, com sede na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), na Universidade de São Paulo (USP) e na Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), além da colaboração de outras oito instituições brasileiras.

Atualmente, a maioria dos supercapacitores disponíveis no mercado utiliza íons de lítio nos eletrólitos. No entanto, cresce o interesse em alternativas baseadas em íons de sódio. O elemento apresenta potencial para oferecer desempenho semelhante ao do lítio, com a vantagem de ser mais abundante e melhor distribuído no planeta, o que pode tornar os dispositivos mais sustentáveis e economicamente viáveis, sobretudo em aplicações de grande escala.

Entre os sistemas de armazenamento de energia, os supercapacitores se destacam pela alta potência — característica que permite carregar e liberar energia rapidamente. Por isso, já são empregados em veículos eletrificados em sistemas como a frenagem regenerativa, que converte a energia da desaceleração em eletricidade, e no mecanismo “start-stop”, que desliga e religa automaticamente o motor em paradas breves. Também podem contribuir para a estabilidade de redes elétricas, compensando variações provocadas pela intermitência das fontes solar e eólica.

Apesar dessas vantagens, esses dispositivos ainda enfrentam limitações quanto à densidade de energia — ou seja, a quantidade de eletricidade que conseguem armazenar em determinado peso ou volume.

No estudo publicado na revista Journal of Materials Chemistry A, apoiado pela FAPESP por meio de três projetos de pesquisa, os cientistas demonstraram que é possível ajustar de forma precisa o desempenho dos supercapacitores ao escolher cuidadosamente o composto utilizado no eletrólito responsável por dissolver os íons de sódio. Segundo a pesquisadora Raissa Venâncio, que desenvolveu o trabalho durante seu doutorado na Unicamp no contexto do CINE, a utilização de misturas de diferentes solventes permitiu aumentar significativamente a densidade de energia desses dispositivos.

A investigação contou ainda com a participação de 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, em Portugal, e do Carissma Institute for Electric, Connected and Safe Mobility, na Alemanha.

Durante os experimentos, a equipe produziu quatro tipos de solventes frequentemente utilizados em estudos com eletrólitos à base de sódio e montou pequenos supercapacitores com cada um deles. O desempenho dos dispositivos foi analisado por meio de uma abordagem que combinou técnicas tradicionais de caracterização eletroquímica com espectrometria de massa eletroquímica em operação.

Essa metodologia permitiu avaliar o funcionamento dos supercapacitores enquanto estavam em atividade, durante os ciclos de carga e descarga. Os pesquisadores mediram a quantidade de energia armazenada, a velocidade de carregamento e descarregamento e as mudanças no desempenho ao longo do tempo. Paralelamente, foi monitorada em tempo real a formação de gases dentro dos dispositivos — fenômeno comum em baterias e supercapacitores.

A identificação desses gases é relevante porque sua presença pode indicar processos de degradação, reduzir a vida útil dos equipamentos e até representar riscos de segurança. A análise permitiu não apenas avaliar o desempenho dos supercapacitores, mas também compreender as causas de eventuais falhas.

De acordo com os pesquisadores, os resultados ajudam a esclarecer como diferentes eletrólitos influenciam o desempenho, a estabilidade e a durabilidade dos dispositivos — fatores considerados fundamentais para a viabilidade comercial da tecnologia.

Outro ponto destacado é que os eletrólitos analisados, por serem líquidos, podem ser incorporados com relativa facilidade às linhas de produção já utilizadas para supercapacitores de lítio. Outras alternativas em estudo, como eletrólitos sólidos ou quase sólidos, exigiriam mudanças mais significativas nos processos industriais.

Além disso, alguns dos compostos avaliados podem ser produzidos por rotas simples e escaláveis a partir de rejeitos de indústrias brasileiras dos setores petroquímico e de mineração. Segundo Venâncio, isso abre a possibilidade de criação de um novo mercado no país, com aproveitamento de materiais locais em uma eventual cadeia nacional de produção de baterias e sistemas de armazenamento de energia.