O que são capacitores e eles podem mesmo carregar nossos celulares em segundos?
Acabou a bateria do seu celular. De novo. Quem nunca sonhou com um futuro no qual celulares carregam instantaneamente e permanecem assim para todo o sempre? Com os capacitores — ou ultracapacitores — ficando cada vez melhores em armazenar energia, muito em breve eles podem vir a substituir baterias e realizar pelo menos metade desse sonho.
Tanto as baterias como os capacitores são dispositivos que armazenam energia, o que faz com que a diferença entre eles fique meio confusa. Mas, basicamente, é o seguinte: baterias armazenam energia por reação química, enquanto capacitores a armazenam por campo elétrico.
Saber a diferença entre os processos é determinante para compreender por que capacitores funcionam onde baterias falham. Então vamos entender como energia é armazenada em um campo elétrico.
O que é exatamente um capacitor?
Simplificando, um capacitor é formado por duas chapas de metal (condutores) separadas por um isolante (cerâmica, metal ou plástico) no meio. Elétrons se acumulam em uma das placas, fazendo com que um lado fiquei com a carga negativa e o outro com a positiva. Quando os elétrons fluem de um lado paro o outro, um capacitor funciona.
Já as baterias de íons de lítio dependem de uma reação química para produzir energia que depois é transformada num circuito elétrico. Capacitores não precisam desse passo extra, por isso eles podem descarregar e carregar com muito mais rapidez. Outra vantagem de pular a reação química é que capacitores não acabam inutilizados depois de algumas centenas de carregamentos, como a bateria do seu laptop e celular.
O problema do capacitor — um grande problema, inclusive — é que ele só consegue armazenar uma pequena fração de energia enquanto uma bateria do mesmo tamanho pode armazenar muito mais. E é aqui que os ultracapacitores entram.
Tá, mas o que é um ultracapacitor?
Pelo nome já dá para saber que ele é muito melhor, mas a maneira como ele funciona é um pouco mais complicada: as chapas de metal do ultracapacitor são revestidas com uma espécie de carbono esponjoso — nanotubos de carbono ou grafeno são ideais porque são bem finos. Tudo é imerso em eletrólito, um líquido com um monte de íons em sua composição.
Quando o ultracapacitor é carregado, os íons positivos são atraídos para o elétrodo negativo e vice-versa. Lembre que as cargas de um capacitor são separadas por uma camada isolante. Em um ultracapacitor, a distância entre as cargas é cerca de dez mil vezes menor. Como o tamanho do campo elétrico é inversamente relacionado à distância entre cada carga, o ultracapacitor tem muito mais capacidade de armazenamento. E a porosidade do carbono significa uma área de superfície muito maior para os íons se agarrarem.
Cientistas esperam criar ultracapacitores com densidade de energia comparável às baterias–mas ainda não estamos lá.
Disjuntores Unipolar.