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Supercapacitor, o armazenador do futuro

Em um mundo em que não conseguimos mais sobreviver sem o auxílio de smartphones, tablets e notebooks, dentre outros aparelhos eletrônicos que fazem parte nosso dia a dia, é praticamente impossível não utilizar armazenadores de energia. Nesse âmbito, os mais conhecidos e utilizados atualmente são os armazenadores químicos, conhecidos como baterias.

As baterias mais utilizadas são fabricadas com íons de lítio, que possuem elevada capacidade de armazenamento de energia, característica essencial principalmente para uso em aparelhos móveis. Entretanto, apresentam-se os seguintes pontos de melhoria, com difíceis perspectivas de solução:

  • Alto tempo de carregamento;
  • Número limitado de vezes que podem ser recarregadas;
  • Alto custo para produção e reciclagem;
  • Possibilidade de explosão, em casos extremos de aquecimento;
  • Problemas ambientais de contaminação do solo e da água em caso de descarte indevido.

Por esses motivos, diversos pesquisadores no mundo buscam novas tecnologias com intuito de desenvolver sistemas mais duráveis, apresentando maior velocidade de carregamento sem prejudicar o meio ambiente, e é nesse contexto que os supercapacitores vêm ganhando notoriedade nos últimos anos.

Eles podem ser definidos como um tipo de fusão entre o capacitor comum e a bateria. Seu grande diferencial com relação ao capacitor comum é que pode armazenar cerca de 100 vezes mais energia. Já em comparação com as baterias, podemos citar:

  • Carregamento rápido;
  • Pouco desgaste após alta quantidade de ciclos;
  • Menor custo de fabricação;
  • Sem risco de explosão por aquecimento;
  • Material com baixa toxicidade e menos risco ambiental;
  • Método simples para recarga sem necessidade de circuitos complexos de controle.

 

Os supercapacitores, desse modo, são mais duráveis que as pilhas e baterias convencionais, pois suportam mais ciclos de carga e descarga e altas temperaturas com maior facilidade, apresentando uma maior vida útil. Além disso, como consequência, reduz-se a frequência de descarte desses itens, contribuindo para a redução de lixo eletrônico. Ainda no viés ecológico, eles são mais environmental-friendly, pois não possuem em sua composição materiais como íons de lítio, que exigem maiores cuidados e protocolos específicos de descarte.

O armazenamento de energia em supercapacitores pode ser realizado de forma eletrostática, eletroquímica ou ambas simultaneamente, classificando-os como Capacitores de Dupla Camada Elétrica (Electric Double Layer Capacitor – EDLC), pseudocapacitores ou supercapacitores híbridos, respectivamente. Supercapacitores de dupla camada têm em sua composição carbono ou materiais de carbono ativado, com maior área de superfície e poros menores, enquanto pseudocapacitores apresentam propriedades eletroquímicas de reações reversíveis de redução e oxidação (redox) na interface do eletrodo com o eletrólito. Os supercapacitores híbridos, por sua vez, reúnem os materiais presentes nos EDLCs e nos pseudocapacitores, garantindo as duas formas de armazenamento e um melhor desempenho.

Pelo gráfico de Ragone abaixo, podemos observar que os supercapacitores possuem alta densidade de potência e menor capacidade de armazenamento, que pode ser resolvido utilizando o que chamamos na eletrônica de “banco de supercapacitores”. Isso é o que vem sendo utilizado no projeto da “Lamborghini Sian” que emprega um sistema de matriz desses componentes três vezes mais potente que uma bateria de peso e tamanho equivalentes.

Gráfico de Ragone

Além deste projeto da montadora, existem outras grandes companhias investindo em pesquisa e desenvolvimento desses capacitores especiais. É o caso da Tesla, que comprou em 2019 a Maxell Technologies, empresa que desenvolve ultracapacitores, além de outras tecnologias de armazenamento de energia.

A IBBX trabalha diariamente com tecnologias de ponta em supercapacitores aplicadas em seus protótipos, principalmente na área de IoT industrial, substituindo pilhas e baterias. Além da aplicação constante, também são realizadas internamente pesquisas para a melhoria da performance desses elementos, como melhor ponto de chaveamento, máxima e mínima carga viável e trabalho em diferentes ranges de temperatura, dentre muitos outros testes.

Estudar, entender e adotar as aplicações de supercapacitores são tarefas fundamentais para uma empresa de deep tech, pois se buscamos um mundo mais ambientalmente responsável e mais eficiente em questões energéticas, ele é um forte candidato a tornar isso realidade.

Jorge Villar é Engenheiro Eletrônico e Tecnólogo em Sistemas Eletrônicos pelo Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de São Paulo IFSP-SP e foi pesquisador no IPT (Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo). É especialista em projetos de automação industrial, eletrônica digital e sistemas eletrônicos. Atualmente na IBBX atua no projeto de transmissão e colheita de energia.

Vanderlei “Cazuza” Gonçalves tem experiência de mais de 40 anos na área de eletrônica. Tem vasta capacidade em idealização, projeto e execução de circuitos eletrônicos complexos. Passou grande parte de sua carreira na indústria de telecomunicações em fábricas de rádio, TV e de transformadores. Hoje na IBBX atua na área de transmissão de radiofrequência, trabalhando com transmissores e receptores.

Referências

MUFTI, M. u. d. M. et al. Super-capacitor based energy storage system for improved load frequency control. Electric Power Systems Research, 2009, 79, 226–233.

PALADINI, V. et al. Super-capacitors fuel-cell hybrid electric vehicle optimization and control strategy development. Energy Conversion and Management, v. 48, p. 3001–3008, 2007.

https://www.greencarreports.com/news/1121349_tesla-buys-ultracapacitor-company-to-boost-energy-density#:~:text=Maxwell%20Technologies%2C%20a%20San%20Diego,swap%20valued%20at%20%24218%20million.

https://www.electronicdesign.com/markets/automotive/article/21808589/lamborghini-hybrid-uses-supercapacitors-in-place-of-batteries

https://interestingengineering.com/could-ultracapacitors-replace-batteries-in-future-electric-vehicles

https://www.electronicdesign.com/markets/automotive/article/21808589/lamborghini-hybrid-uses-supercapacitors-in-place-of-batteries

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