O que seria melhor se existissem, baterias de estado sólido ou supercapacitores de grafeno?

Obrigado por A2A.

Esta mesma pergunta passou-me pela cabeça nos últimos dias, por isso é altamente fortuito que me tenhas perguntado. Por favor desculpe os gráficos de baixo grau inseridos.

Um supercapacitor gráfico típico pode conter uma densidade de energia incrível, mas só é classificado para aproximadamente 2V de "carga" máxima. Sob carga constante, o ciclo de descarga se parece com isto:

Para a maioria das células recarregáveis secundárias, a mesma curva de descarga constante se parece com isto:

Sem melhor software gráfico imediatamente à mão, estou plenamente ciente de que a área sob o gráfico para a mesma densidade de energia não está devidamente representada.

Por uma questão de argumentação, vou basear minha resposta em uma tensão nominal de 2V e uma capacidade potencial de 1Ah, já que 2V é a tensão nominal da célula de chumbo ácido (embora o Ah seja normalmente muito mais alto).

Em ambos os casos, queremos rodar um dispositivo em 1V. Para o condensador actuar como fonte primária de energia, a primeira parte do seu ciclo pode ser regulada com muito cuidado pela Modulação da Largura da Pule - os impulsos ficam mais longos à medida que a descarga continua. Uma vez que a voltagem caiu abaixo de 1V, a única maneira de você conseguir utilizar o Capacitor é através da comutação do seu regulador para um Inversor.

No caso da célula química, o método PWM de regulação de voltagem será aplicado para quase todo o ciclo de descarga, e a maioria dos dispositivos detectará a ligeira queda de voltagem antes que ela caia completamente para zero, desligando-se enquanto ainda há apenas energia suficiente para fechar tudo corretamente.

Agora a maioria dos telefones operados em 3.6V a partir de uma única célula, então por que não conectar duas tampas em série para criar 4V? Ao contrário das células químicas, as tampas só aumentam em voltagem quando ligadas em série, mas a densidade global de energia que pode ser acessada é reduzida pela metade. Duas tampas de 1F conectadas em série só te darão 0.5F. Isto é fundamental para a forma como as tampas armazenam energia e é pouco provável que seja ultrapassado sem a converter para um condensador/célula química híbrida. Embora tenha sido feito experimentalmente, você não verá capacitores Graphene ligados para dar 12V para o motor de um carro, porque cada "célula" Graphene só pode manter 1/6 da sua capacidade nominal - se o carro não arrancar dentro de uma ou duas manivelas, não vai arrancar de todo.

Você certamente está certo ao sugerir que o Graphene tem uma resposta potencial. As células atuais baseadas em lítio usam eletrodos de grafite que começam a rachar e se deteriorar a partir da própria data de montagem. Há trabalho sendo feito na introdução de um eletrodo de Grafite que promete inicialmente dar 10 vezes a capacidade e 10 vezes a vida útil do ciclo, sem a necessidade de Lítio extra.

Pode não ser "estado sólido", mas é provável que o Lítio-Grafeno seja o próximo passo nas células recarregáveis do consumidor, até que uma química melhor (e mais segura) apareça.