Cientistas da Skoltech, da Universidade Estadual de Moscou (MSU) e do Instituto de Física e Tecnologia de Moscou (MIPT) propuseram uma nova abordagem para substituir átomos de nitrogênio por átomos de nitrogênio na rede cristalina do super capacitor e desenvolveram um novo método baseado na modificação da estrutura de carbono, o auxílio do plasma. Essas descobertas podem ajudar a criar a próxima geração de fontes de energia para eletrônicos portáteis. Os resultados de seu estudo foram publicados em Relatórios Científicos.

À medida que os dispositivos portáteis evoluem, cresce a demanda por novos tipos de fontes de energia. Os cientistas continuam procurando uma maneira eficaz de melhorar o desempenho de fontes de energia eletroquímicas. Uma fonte química de corrente, o supercapacitor é distinguido por altas taxas de carga e descarga e uma maior capacidade de armazenamento de energia por unidade de massa ou volume, em comparação com uma bateria.

É costume usar materiais porosos, como carbono, para supercapacitores, os metais tornam a fonte mais leve. Existem várias maneiras de aumentar a capacidade das fontes de energia eletroquímicas, mantendo seu peso inalterado, por exemplo, usando outros elementos mais leves ou incorporando os átomos de outro elemento na rede cristalina (doping). Acredita-se que o segundo método oferece melhores perspectivas , pois permite a fácil incorporação de átomos no estágio de síntese da estrutura de carbono.

O nitrogênio é um dos elementos a serem usados para o doping, envolvendo reações redox, o que leva a um aumento adicional na capacidade. Embora os cientistas estejam cientes do método de doping, o efeito do nitrogênio nas características eletroquímicas ainda é pouco compreendido.

Um grupo de cientistas liderados pelo pesquisador sênior da Skoltech, Dr. Stanislav Evlashin, demonstrou uma maneira simples de aumentar o desempenho eletroquímico dos supercapacitores. Sua abordagem fornece uma visão melhor sobre o processo de incorporação de nitrogênio. Os pesquisadores realizaram os experimentos usando nanowalls de carbono feitos de folhas de grafeno orientadas verticalmente, em que substituíram parte do carbono por nitrogênio usando o tratamento da estrutura de carbono pelo plasma. Os resultados do estudo são um passo importante para a criação de novas fontes de energia.

“Neste estudo, usamos uma abordagem de pós-tratamento com plasma, a fim de melhorar a capacidade dos eletrodos”, explica o Dr. Evlashin.

“Utilizamos estruturas de carbono com uma área superficial específica alta como material para dopagem no plasma de nitrogênio e substituímos uma parte dos átomos de carbono por átomos de nitrogênio para aumentar a capacidade eletroquímica da fonte de energia. Essa abordagem pode ser aplicada para modificar qualquer estrutura de carbono.” As amostras obtidas foram testadas usando vários métodos. Os resultados experimentais mostraram um aumento de seis vezes na capacidade eletroquímica e excelente estabilidade do ciclo. Também realizamos simulação no processo de incorporação do nitrogênio que esclarece os complexos mecanismos de incorporação. “