Os pesquisadores sintetizaram florestas de nanotubos de parede única, ou seja, um arranjo de nanotubos alinhados verticalmente, utilizando o procedimento chamado de supercrescimento ("supergrowth"), otimizado a ponto de maximizar a área superficial dos nanotubos e, ao mesmo tempo, minimizar a quantidade de impurezas. As florestas foram empilhadas, formando folhas densas, via processo que se assemelha ao da fabricação de papel a partir de fibras de celulose. As folhas foram sintetizadas sem o uso de agentes ligantes ou direcionadores, de forma que foram preservadas tanto a pureza química quanto a alta área superficial específica do aglomerado de carbono.

Os eletrodos à base de nanotubos de parede simples têm uma voltagem de operação de 4 V, com ou sem uma malha coletora de corrente. Os autores observam que esta voltagem ultrapassa os valores obtidos para os eletrodos de carvão ativo e é a mais alta voltagem operacional já relatada para uma bateria de célula única ou supercapacitores usando eletrólitos à base de solventes orgânicos. Potência e energia são proporcionais ao quadrado da tensão, e, portanto, a otimização do supercapacitor depende fundamentalmente de que se atinjam altas voltagens de funcionamento. A tensão de operação elevada e a baixa resistência interna dos nanotubos de carbono permitiram fabricar dispositivos com alta potência de descarga, os quais excedem os dispositivos que utilizam carvão ativo. Do ponto de vista prático, quando uma alta tensão é obtida, a partir de um único dispositivo, menos dispositivos são necessários para que se atinja a tensão de saída desejada.

Dispositivos que operam em alta voltagem, em geral possuem tempo de vida curto. Para testar esse parâmetro, os supercapacitores à base de nanotubos foram submetidos a 1000 ciclos de carga-descarga. Os pesquisadores observaram apenas uma pequena redução na capacitância do dispositivo. A pureza química dos nanotubos reduz as reações químicas indesejáveis, enquanto a natureza fibrosa dos mesmos ajuda a aumentar e preservar a estabilidade mecânica por longo tempo. Esta é uma melhoria significativa em relação aos eletrodos de carvão ativo, que quebram à medida em que há uma degradação na adesão dos agentes aglutinantes, como consequência do uso e da influência das reações químicas indesejadas devido às impurezas.

A combinação de densidade de energia e uma grande potência de descarga, observadas para os eletrodos à base de nanotubos, é melhor do que a maioria dos eletrodos já relatados na literatura. Baterias comerciais tendem a ter densidade de energia alta e baixa densidade de potência, enquanto os supercapacitores geralmente têm baixas densidades de energia, mas com altas potências de descarga. Uma comparação preliminar destes dispositivos comerciais com os eletrodos de nanotubos mostra que os últimos são adequados para preencher a lacuna existente entre as baterias comerciais e os supercapacitores atuais.

Nota do Scientific Editor: o trabalho "Extracting the Full Potential of Single-Walled Carbon Nanotubes as Durable Supercapacitor Electrodes Operable at 4 V with High Power and Energy Density", que deu origem a esta notícia, é de autoria de Ali Izadi-Najafabadi, Satoshi Yasuda, Kazufumi Kobashi, Takeo Yamada, Don N. Futaba, Hiroaki Hatori, Motoo Yumura, Sumio Iijima e Kenji Hata e foi publicado na revista Advanced Materials, volume 22, número 35, págs. E235-E241, 2010. Pode ser acessado no link http://dx.doi.org/10.1002/adma.200904349.

MaterialsViews (Tradução - AGS).

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