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Nova solução desenvolvida na Suécia utiliza fibras de carbono para criar baterias mais leves e sustentáveis, reduzindo impactos ambientais e a necessidade de extração mineral
Pesquisadores do KTH Royal Institute of Technology, da Suécia, anunciaram um avanço importante na síntese de nanomateriais sustentáveis. Eles criaram um método escalável para produzir nanofolhas de óxido de grafeno (GO) a partir de fibras de carbono comerciais. Essa abordagem representa uma alternativa mais ecológica à mineração tradicional de grafite.
O óxido de grafeno é um nanomaterial versátil com diversas aplicações, incluindo no setor de veículos elétricos. O Professor Richard Olsson, líder da pesquisa, destacou a importância da inovação para a indústria automotiva. “O futuro da fabricação de automóveis será construído com energia baseada em bateria, e a questão é de onde o grafite será obtido? Eles precisarão de alternativas”, afirmou.
Fibras de carbono: alternativa ao grafeno extraído de grafite
O GO é tradicionalmente derivado de grafite extraído, processo que envolve produtos químicos agressivos e pode levar a inconsistências na qualidade do material final. Os cientistas do KTH buscaram uma solução para esses problemas utilizando fibras de carbono prontamente disponíveis como material de base.
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A equipe conseguiu esfoliar as fibras de carbono utilizando ácido nítrico. Esse processo gerou altas quantidades de nanofolhas de óxido de grafeno, com propriedades semelhantes ao material produzido por mineração.
Os pesquisadores usaram fibras de carbono derivadas de poliacrilonitrila (PAN), um polímero amplamente acessível, sugerindo que o método pode ser adaptado a outras fontes, como biomassa e subprodutos da indústria florestal.
Olsson explicou que a funcionalidade do grafite nas baterias vem do grafeno em camadas dentro delas, que pode ser obtido de fibras de carbono comerciais por meio dessa nova técnica.
Processo de oxidação eletroquímica
O método inovador dos pesquisadores utiliza oxidação eletroquímica em um banho de água e ácido nítrico. Durante o processo, uma corrente elétrica é enviada pela fibra de carbono, provocando a perda de elétrons.
Esse efeito transforma a superfície do material, permitindo a separação das camadas de óxido de grafeno em nanoescala.
A equipe descobriu que uma solução de ácido nítrico a 5% é ideal para gerar nanofolhas com tamanho entre 0,1 e 1 micrômetro, com espessura uniforme de aproximadamente 0,9 nanômetro.
Além disso, as nanofolhas obtidas apresentaram formatos circulares e elípticos, contrastando com as formas poligonais comuns no GO extraído de grafite.
Produção eficiente e viabilidade comercial
O estudo indicou que o novo método tem um rendimento de 200 miligramas de GO por grama de fibra de carbono. Essa taxa de conversão eficiente torna a técnica viável para produção em larga escala, endereçando um dos principais desafios na síntese de nanomateriais.
Para analisar a estrutura e as propriedades das nanofolhas sintetizadas, os cientistas utilizaram técnicas avançadas, confirmando a qualidade do material obtido.
Também foram desenvolvidos métodos eficazes para remover revestimentos de polímeros protetores das fibras de carbono antes da oxidação. Esses processos incluíram o aquecimento a 580 °C por duas horas e o aquecimento de choque a 1200 °C por três segundos, ambos demonstrando eficiência.
Os pesquisadores destacaram a importância da condução elétrica dentro das fibras para o sucesso da esfoliação eletroquímica. O próximo passo será explorar fontes de fibra de carbono de origem biológica e aprofundar os estudos sobre os mecanismos do processo.
O avanço representa um grande passo na produção sustentável de materiais avançados. A descoberta pode impactar setores como energia, eletrônica e transporte, fornecendo uma alternativa ecologicamente correta ao uso do grafeno derivado de mineração.
Com informações de Interesting Engineering.
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