UFRN desenvolve material útil para placas solares e baterias de alto desempenho

Pesquisadores da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), vinculados ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais (PPGGEM), desenvolveram um material capaz de controlar a eletricidade e armazenar carga elétrica. A invenção consiste em uma fita cerâmica de pentóxido de nióbio, um compósito semicondutor flexível, recoberta por nanofolhas de niobato de níquel.

A união dessas duas substâncias gera um material com características únicas. O pentóxido de nióbio contribui com suas propriedades isolantes, enquanto o niobato de níquel confere alta área superficial e elevada atividade eletroquímica. “A combinação desses elementos resulta em um desempenho superior em aplicações que exigem eficiência e durabilidade”, explicou o pesquisador Vinícius Gomes de Sousa Duarte.

O material tem como principal aplicação o setor de armazenamento de energia, sendo voltado para supercapacitores e baterias de alto desempenho. Entretanto, suas possibilidades vão além, alcançando também sensores, catalisadores, células solares flexíveis e até placas de circuito impresso.

No cotidiano, essa tecnologia pode ser incorporada a produtos presentes na vida das pessoas. Carregadores portáteis de energia (power banks) mais resistentes e duradouros, sensores de vibração capazes de suportar impactos e até telas flexíveis de LED mais leves são alguns exemplos de dispositivos que podem se beneficiar da inovação.

Método de fabricação

A patente se destaca pelo seu processo de fabricação. Ao contrário dos métodos tradicionais, que demandam altas temperaturas e alto consumo energético, a nova técnica utiliza o PVA (álcool polivinílico) como camada sacrificial para transferência e fixação das nanofolhas à fita cerâmica. A remoção posterior com água e prensagem a quente simplificam o processo, aumentando a eficiência sem elevar os custos.

O método de prensagem quente permite a compressão e a fixação das camadas ao mesmo tempo. O resultado é uma fita mais resistente, com menor porosidade, que mantém sua flexibilidade. “Esse equilíbrio entre durabilidade e adaptabilidade amplia o potencial de uso do material em setores estratégicos da indústria tecnológica”, frisa o professor Meysam Mashhadikarimi.

Iraniano radicado no Brasil há mais de uma década, ele frisa que atualmente a equipe investiga novas rotas de manufatura aditiva para produzir a fita em um único processo. O foco segue na produção de nanofolhas de niobato de níquel, explorando métodos alternativos como o sol-gel proteico e diferentes técnicas de síntese química, que permitem ajustar o tamanho das partículas e ampliar as possibilidades de aplicação.

Com protótipos já em estágio inicial, o próximo desafio do grupo é consolidar a tecnologia e avançar para aplicações práticas em escala. “Esse é um passo importante para colocar a ciência brasileira em evidência, mostrando que nossas universidades são capazes de gerar soluções inovadoras com impacto global”, afirmou o professor Meysam Mashhadikarimi.

Início da Pesquisa

A pesquisa teve início na iniciação científica, idealizada por Vinícius Gomes de Sousa Duarte, hoje mestrando em Engenharia de Materiais. Sob a orientação dos professores Rubens Maribondo do Nascimento e Meysam Mashhadikarimi, em ambos os projetos, o grupo contou com a colaboração de outros inventores, como Kívia Fabiana Galvão de Araújo, Thalita Queiroz e Silva, Anderson Costa Marques, Pâmela Samara Vieira e Uílame Umbelino Gomes.

O Grupo de Pesquisa Materiais e Tecnologia dos Pós, integrado pela maior parte dos cientistas autores, possui em sua trajetória quase quatro dezenas de pedidos de patente. O grupo apresenta vasta produção no desenvolvimento tecnológico de materiais particulados, inicialmente voltados para metais refratários como tungstênio, nióbio e tântalo –  elementos químicos com ocorrências minerais significativas no estado do Rio Grande do Norte, especialmente na região do Seridó.

Objetivos estratégicos

Essas pesquisas anteriores foram tema de reportagens produzidas pela equipe da Agência de Inovação da UFRN. Uma delas, Aeroespacial, medicina, tubulações, turbinas, abordou um material com potencial de aplicação em ambientes da indústria aeroespacial que exigem elevada resistência à corrosão e ao desgaste em altas temperaturas, como na produção de tubulações, equipamentos químicos e baterias. Outro estudo resultou na reportagem Três camadas, um material inédito,  que apresentou um cortador de melhor desempenho para uso na perfuração de minerais e rochas, bem como em operações de usinagem de metais e ligas não ferrosas. Já a pesquisa abordada na matéria Cobrir o cobre, tratou da adição de partículas de reforço ao cobre, capaz de gerar um material com melhor desempenho em contatos elétricos, resultando também em pedido de patente.

O Plano de Gestão (PG) para o quadriênio 2023–2027 da UFRN estabelece uma visão estratégica voltada ao fomento de avanços em áreas como excelência acadêmica, inovação e empreendedorismo. As reportagens citadas dialogam diretamente com os indicadores 9 e 10, referentes, respectivamente, ao Índice de Pesquisadores de Excelência e ao Índice de Produção Científica, além do indicador 20, relacionado às parcerias para a realização de atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação.

Fonte: UFRN