Espuma de grafeno ajuda a aumentar a vida útil das baterias

Pesquisadores da Universidade Purdue, nos EUA, desenvolveram “interruptores térmicos” feitos com espuma de grafeno capazes de controlar o calor em equipamentos eletrônicos. O material se ajusta às temperaturas dentro e fora dos dispositivos para manter um gerenciamento térmico mais eficiente.

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Smartphones e até mesmo carros elétricos que utilizam baterias de íons de lítio costumam perder desempenho em condições extremas de frio ou calor. Essa variação térmica intensa acelera as partículas de íons e pode prejudicar a vida útil das células de energia a longo prazo.

“As abordagens atuais têm limitações, como a falta de sintonização contínua, baixa taxa de chaveamento e baixa velocidade. Em nossa pesquisa, conseguimos uma comutação térmica continuamente ajustável, ampla e rápida usando espumas de compósito de grafeno comprimíveis”, explica o professor de engenharia mecânica Xiulin Ruan, autor principal do estudo.

Grafeno

A espuma de grafeno é um produto comercialmente disponível, construído a partir de partículas nanoscópicas de carbono depositadas em um padrão específico, com pequenos vazios de ar entre elas. Quando essa espuma é comprimida, o ar escapa e o calor é conduzido para fora.

Em um sistema em que a espuma é descomprimida, ela atua como um isolante térmico eficiente, mantendo a temperatura do dispositivo por mais tempo. Dependendo de quanto e como a espuma é manuseada, a quantidade de transferência de calor pode ser ajustada com precisão.

Para criar o interruptor térmico, os pesquisadores comprimiram a espuma de grafeno de 1,2 milímetros para 0,2 milímetros. Essa compressão aumenta a condutância do material, fazendo com que o calor conduzido para fora do dispositivo seja totalmente ajustável, melhorando o desempenho e a eficiência energética das baterias.

Eficiência

As amostras de grafeno foram prensadas entre um aquecedor e um dissipador térmico. Ao utilizar um microscópio infravermelho para medir a variação da temperatura e o fluxo de calor, os cientistas descobriram que a espuma de grafeno aumentava em oito vezes a condutância térmica do dispositivo.

“[O interruptor térmico] funciona como um resistor em um circuito elétrico convencional. Em vez de variar a quantidade de fluxo de corrente, ele varia a quantidade de calor que permite passar pelo dispositivo”, acrescenta a professora associada de engenharia mecânica Amy Marconnet, coautora do estudo.

Os pesquisadores acreditam que essa forma de gerenciamento térmico dinâmico tem aplicações potenciais que vão muito além dos smartphones. O sistema poderia ser usado, por exemplo, em eletrônicos maiores, como baterias de carros elétricos, veículos espaciais e até mesmo em dispositivos biomédicos.

“Quando o clima está muito quente, nosso interruptor térmico pode transferir calor para resfriar as baterias, e quando está muito frio, ele pode desligar a transferência de calor para manter as baterias aquecidas. Isso garante que esses dispositivos funcionem de maneira eficaz em vários ambientes diferentes”, encerra Ruan.

Fonte: Purdue University