Uma Revolução no Armazenamento de Energia: Supercapacitor Autocargável Define Novos Padrões de Eficiência Energética

A primeira semana de 2025 viu as ações solares experimentarem um bom rali enquanto Tesla (TSLA ) anunciou seus recordes de implantações de armazenamento de energia.

Em 2024, a empresa de carros elétricos, cuja divisão de armazenamento de energia produz baterias residenciais e comerciais para armazenar energia solar, implantou 31,5 gigawatts‑hora de produtos de armazenamento de energia, enquanto quase 35% disso (11 GWh) foi distribuído apenas no quarto trimestre de 2024.

A fabricante chinesa de baterias Contemporary Amperex Technology Co., Limited (CATL), que fornece células de bateria à Tesla, também lançou no ano passado seu próprio sistema de armazenamento de energia produzível em massa chamado TENER. O sistema tem capacidade de 6,25 MWh e densidade de energia de 430 Wh/L, alcançando zero degradação em cinco anos.

Esses grandes desenvolvimentos no setor de armazenamento de energia são de importância crítica devido ao crescente demanda por energia. Essa demanda é impulsionada pelo aumento da população mundial, urbanização, crescimento econômico e avanços tecnológicos. A demanda global por eletricidade, segundo a IEA, deve crescer a uma taxa ainda mais rápida nos próximos três anos. Ela crescerá em média 3,4% ao ano até 2026.

Aqui, os sistemas de armazenamento de energia podem ajudar a atender a demanda crescente ao apoiar o fornecimento elétrico da rede, transmissão e sistemas de distribuição. Ao mudar para mecanismos de armazenamento, os operadores da rede garantem resiliência e confiabilidade da rede. Isso ainda elimina a dependência de opções com maior pegada de gases de efeito estufa (GEE).

Então, o que exatamente é armazenamento de energia? Bem, é exatamente o que o nome indica: armazenar energia. O modo como é feito é que a energia produzida é primeiro capturada e depois armazenada para uso posterior, de modo que a demanda e a oferta possam ser melhor equilibradas.

Agora, a energia vem em várias formas: elétrica, térmica, cinética, química, radiação e gravitacional. Isso significa que, para armazenar energia, ela deve primeiro ser convertida em uma forma que possa realmente ser armazenada até que possa ser convertida de volta em energia elétrica.

Uma bateria recarregável é um dispositivo comum de armazenamento de energia. Ela está no seu telefone. Essas baterias armazenam energia química que se converte rapidamente em eletricidade. Outro exemplo popular e valioso é a barragem hidrelétrica. Elas aproveitam a energia da água corrente, geram eletricidade e a armazenam em um reservatório.

Os combustíveis fósseis também são armazenamento de energia. Eles retêm energia química proveniente da luz solar, aprisionada em plantas e animais que se decompuseram há milhões de anos. 

Inovação no Armazenamento de Energia

A energia é a pedra angular da economia industrial moderna. Afinal, ela fornece um ingrediente essencial para quase todas as atividades humanas, desde cozinhar, aquecer, iluminar, saúde, educação e transporte até a produção de alimentos, produção industrial e extração de minerais. Dado o quão crítica a energia é para a civilização humana, há um grande foco no armazenamento de energia. 

O armazenamento de energia térmica (TES) é um tipo que inclui armazenamento em estado sólido, líquido‑ar e sal fundido. O benefício único dessa tecnologia é o desacoplamento da demanda de aquecimento e refrigeração da produção imediata de energia e da disponibilidade de suprimento.

O armazenamento de energia por ar comprimido é outra forma de armazenar energia; o ar é comprimido em tanques de armazenamento quando a demanda de eletricidade está baixa e liberado quando a demanda está alta. 

O armazenamento de hidrogênio, por sua vez, é uma tecnologia emergente de armazenamento de energia. Mais recentemente, a China conectou seu maior projeto integrado de fotovoltaico (PV)-hidrogênio na província de Jiangsu à rede e iniciou a geração de energia. Essa instalação offshore combina produção de hidrogênio, geração de energia PV, reabastecimento e armazenamento de energia. espera‑se que reduza as emissões de CO₂ em cerca de 309.400 toneladas anualmente, 1.125,3 toneladas de dióxido de nitrogênio e 562,6 toneladas de dióxido de enxofre.

As baterias estão transformando o armazenamento de energia. Elas lideram a transição para um sistema energético sustentável. Sendo as que mais crescem em seu campo, dominam o setor de energia. E graças à inovação contínua, estão se tornando mais inteligentes, melhores e mais baratas.

Em uma pesquisa inovadora de alguns anos atrás, que esteve em desenvolvimento por quase uma década, cientistas da Chalmers University of Technology e do KTH Royal Institute of Technology na Suécia criaram uma bateria estrutural 10 vezes melhor que em qualquer experimento anterior. Uma bateria estrutural é um dispositivo de armazenamento de energia que pode suportar peso como parte de uma estrutura. 

Para sua bateria, os cientistas camadas uma ‘teia’ de vidro de amortecimento entre um eletrodo positivo e um negativo, preenchendo-a com um eletrólito polimérico de tecnologia avançada, e depois curando-a no forno, resultando em uma célula de bateria resistente e plana com densidade de energia de 24 Wh/kg, rigidez de 25 GPa e capaz de suportar testes de tração em todas as direções. Esta bateria estrutural “sem massa” tem seu principal caso de uso em carros elétricos, mas também pode ser usada em bicicletas elétricas, satélites, laptops e aeronaves.

Atualmente, os pesquisadores estão focados em aprimorar ainda mais a bateria, embora a comercialização ainda não tenha sido realizada.

Para criar soluções melhores, os pesquisadores agora estão investigando sistemas de energia autocargáveis. Esses sistemas capturam energia e a armazenam, tornando‑os altamente benéficos na próxima era tecnológica, que será marcada pela tecnologia 5G, Internet das Coisas (IoT) e inteligência artificial (IA).

Esses dispositivos de armazenamento de energia autocargáveis podem fornecer energia estável, autônoma e sustentável para a próxima revolução industrial.

Até agora, muitas tentativas foram feitas para integrar diferentes tecnologias de captação de energia com dispositivos de armazenamento de energia. Isso inclui células solares, geradores termelétricos,  nanogeradores triboelétricos (TENGs) e nanogeradores piezoelétricos (PENGs). 

Em uma nova pesquisa, cientistas construíram um dispositivo de armazenamento de energia autocargável de alto desempenho que pode armazenar energia solar de forma eficiente.

O novo dispositivo melhora drasticamente o desempenho dos supercapacitores existentes ao utilizar materiais de eletrodo baseados em metais de transição. Os pesquisadores ainda criaram uma nova tecnologia de armazenamento de energia ao combinar supercapacitores com células solares para alcançar alto desempenho.

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Dispositivos de Armazenamento de Energia Autocargáveis

Para atender à demanda por dispositivos de energia de próxima geração e alta capacidade que abordam o crescente consumo global de energia e a dependência crescente de dispositivos eletrônicos portáteis e inteligentes, os dispositivos autocargáveis surgiram como uma solução de fornecimento de energia sustentável e independente.

Um desses dispositivos que capta e armazena energia solar é o foto‑supercapacitor, que combina células solares e supercapacitores. As células solares de silício convertem energia solar em energia elétrica, e um supercapacitor armazena essa energia. 

No estudo mais recente, que foi apoiado pela concessão da National Research (NRC ) Foundation of Korea (NRF) financiada pelo governo coreano (MSIT) e pelo Programa de P&D da DGIST, os pesquisadores demonstraram um novo dispositivo de armazenamento de energia autocargável que combina células solares de silício e supercapacitores binários de metal de transição.

A tecnologia fotovoltaica (PV) de silício cristalino, que é a tecnologia PV mais amplamente utilizada, é na verdade uma ferramenta promissora de armazenamento de energia renovável, de acordo com a ITRPV, que relatou que a tecnologia representa até 95% dos 135 GW instalados em 2022. 

Enquanto isso, entre os dispositivos de energia solar, os baseados em silício estão ganhando grande tração como fonte de energia dominante para o futuro. Isso se deve à sua alta eficiência de conversão de energia, estabilidade prolongada, materiais abundantes, não toxicidade e tecnologia de produção estabelecida que facilita a escalabilidade.

Quanto aos supercapacitores, eles estão sendo utilizados como candidatos promissores para alimentar dispositivos de alto desempenho graças à sua alta confiabilidade, alta densidade de potência, longa vida de ciclo e curto tempo de carregamento.

Como o estudo observou, os capacitores autocargáveis são necessários devido ao rápido aumento no uso de dispositivos eletrônicos portáteis. Isso criou a necessidade de um sistema que possa ser carregado rapidamente a qualquer hora e em qualquer lugar. 

Além disso, há a crescente dependência de fontes de energia renovável para proteger o meio ambiente e promover o desenvolvimento sustentável. Ao usar energia solar, os sistemas autocargáveis reduzem a necessidade de substituição de baterias, ao mesmo tempo que possibilitam um fornecimento eficiente de energia mesmo em áreas com acesso limitado às redes elétricas. 

Outro fator impulsionador dos capacitores autocargáveis é a característica de carga e descarga rápida dos supercapacitores, o que os torna realmente úteis em situações de emergência ou cenários onde há necessidade de alto consumo de energia.

Um Supercapacitor Autocargável de Alto Desempenho

Dada a necessidade de capacitores autocargáveis e seus inúmeros benefícios, a pesquisa mais recente, publicada na revista Energy no mês passado, fabricou um dispositivo autocargável ao combinar um supercapacitor com uma célula solar de Si.

Para projetar os eletrodos, a equipe de pesquisa utilizou material composto de carbonato e hidróxido à base de níquel (Ni). Em seguida, a equipe adicionou íons de metais de transição como Manganês (Mn), Cobalto (Co), Cobre (Cu), Ferro (Fe) e Zinco (Zn) para maximizar a condutividade e estabilidade dos eletrodos.

Esses íons de metais de transição permitem à equipe resolver o problema de redução de condutividade que surge ao usar apenas íons de Ni. A introdução desses íons metálicos possibilitou a criação de compostos binários como material de eletrodo, que ofereceu alta condutividade elétrica, capacidade reversível e estabilidade estrutural.

Fazer isso melhorou substancialmente o desempenho do eletrodo, mostrando avanços significativos na densidade de energia e potência e estabilidade no carregamento e descarregamento.

Em termos de armazenamento de energia por unidade de peso, o estudo alcançou 35,5 Wh kg⁻¹, superando os valores (5‑20 Wh kg⁻¹) registrados em estudos anteriores. Quanto ao fluxo de energia por unidade, é 2555,6 W kg⁻¹, novamente muito superior ao que estudos anteriores alcançaram, que era 1000 W kg⁻¹.

Com densidade de energia e potência muito maiores, o estudo mais recente demonstra a capacidade de liberar potência mais alta rapidamente. Dessa forma, o dispositivo de supercapacitor assimétrico pode proporcionar um fornecimento imediato de energia, mesmo para dispositivos de alta potência.

Isso não é tudo; esse alto desempenho apresentou degradação mínima ao ser submetido a ciclos repetidos de carga e descarga, tornando‑o adequado também para uso a longo prazo.

A equipe então combinou este dispositivo com células solares de silício, o que permite o armazenamento de energia solar e sua utilização em tempo real. Essa combinação atingiu uma eficiência de armazenamento de energia de até 63% enquanto a eficiência geral do dispositivo foi de 5,17%, validando seu potencial para comercialização e contribuindo significativamente para o avanço da tecnologia de armazenamento de energia.

“Este estudo é uma conquista significativa, pois marca o desenvolvimento do primeiro dispositivo de armazenamento de energia autocargável da Coreia que combina supercapacitores com células solares.”

– Jeongmin Kim, Pesquisador Sênior da Divisão de Nanotecnologia da DGIST

Kim ainda observou que, ao utilizar materiais compostos à base de metais de transição, eles conseguiram superar as limitações dos dispositivos de armazenamento de energia e criar uma solução energética sustentável.

Mas isso não é o fim do estudo, como afirmou Damin Lee, pesquisador do RLRC da Universidade Nacional Kyungpook:

“Continuaremos a conduzir pesquisas de acompanhamento para melhorar ainda mais a eficiência do dispositivo autocargável e aprimorar seu potencial de comercialização.”

Empresas Ativas em Campos Relacionados

Agora, vamos dar uma olhada em algumas empresas que estão fornecendo e avançando soluções de armazenamento de energia.

1. Tesla (TSLA )

Este fabricante de veículos elétricos também está fortemente envolvido no mercado de armazenamento de energia. Seus produtos de energia incluem o Powerwall e o Megapack, que integram soluções avançadas de armazenamento de energia.

Com uma capitalização de mercado de US$ 1,318 trilhão, a Tesla é a 8ª maior empresa do mundo, enquanto seu CEO Elon Musk, que também está envolvido na X (anteriormente Twitter), SpaceX (SPCX ), Neuralink e The Boring Company, é o homem mais rico do mundo com um patrimônio líquido de US$ 437 bilhões.

No momento da redação, as ações da Tesla estão sendo negociadas a US$ 412,82, o que representa um aumento de 1,63% neste ano. Esse início promissor de 2025 para as ações da empresa vem após um 2024 excepcional, durante o qual suas ações subiram cerca de 67% em valor. 

Curiosamente, grande parte dos ganhos da Tesla ocorreu nos últimos dois meses do ano, com seu preço aumentando 75% impulsionado pela vitória do presidente eleito Donald Trump na corrida presidencial dos EUA de 2025. Musk foi, na verdade, o maior doador do ciclo eleitoral, gastando pelo menos US$ 277 milhões para apoiar Trump e outros candidatos republicanos.

Com Trump assumindo o cargo ainda este mês, certamente haverá desenvolvimentos positivos para a Tesla. Mesmo antes disso, a empresa relatou a produção de cerca de 459.000 veículos e a entrega de mais de 495.000 unidades no quarto trimestre de 2024. Com isso, a produção total da Tesla em 2024 chega a 1.773.443 veículos, enquanto as entregas atingiram 1.789.226 unidades. No entanto, enfrentou concorrência crescente do gigante chinês BYD e de montadoras tradicionais dos EUA como a Ford.

Os resultados financeiros completos do quarto trimestre de 2024, incluindo lucro líquido e fluxo de caixa, serão anunciados pela Tesla em 29 de janeiro de 2025. No trimestre anterior, a empresa registrou US$ 25,18 bilhões em receita e US$ 2,17 bilhões em lucro líquido. Durante esse período, a receita automotiva da Tesla aumentou 2% para US$ 20 bilhões em comparação com o terceiro trimestre de 2023, enquanto sua receita de geração e armazenamento de energia disparou 52% para US$ 2,38 bilhões.

Suas implantações de armazenamento de energia no quarto trimestre, por sua vez, estabeleceram um novo recorde de 11,0 GWh e um número sem precedentes de 31,4 GWh para o ano inteiro. Em comparação, a Tesla implantou 14,7 GWh de armazenamento de energia no ano anterior, o que foi o dobro dos números de 2022. Além disso, em 2020, as implantações de armazenamento de energia da Tesla foram apenas 3,0 GWh, indicando um aumento de 10 vezes na capacidade de armazenamento da empresa em apenas quatro anos.

Esses números surgiram quando a gigafábrica da Tesla em Xangai iniciou a produção de teste esta semana, com produção em massa esperada para o início deste ano.

2. Enphase Energy

A empresa global de tecnologia energética, que está expandindo ativamente sua presença de mercado doméstico e internacional, especializa‑se em soluções de energia solar. Isso inclui microinversores, que convertem energia solar em eletricidade, e sistemas de armazenamento de energia para aplicações residenciais e comerciais.

Com uma capitalização de mercado de US$ 9,74 bilhões, as ações da ENPH estão atualmente sendo negociadas a US$ 72,15, já apresentando alta de mais de 5% neste ano. Esses ganhos seguem um 2024 decepcionante, durante o qual suas ações caíram mais de 46%. Enquanto isso, o pico da ENPH foi em dezembro de 2022, quando o preço da ação atingiu US$ 339. A Enphase Energy (ENPH ) tem um EPS (TTM) de 0,44 e um P/E (TTM) de 164,01.

Para o terceiro trimestre de 2024, a empresa reportou uma receita de US$ 380,9 milhões. Por região, a receita nos EUA aumentou 43% em comparação com o trimestre anterior, à medida que o estoque retornou a níveis normais, enquanto a receita na Europa diminuiu 15% devido a um enfraquecimento adicional da demanda. A Enphase enviou um total de 1.731.768 microinversores neste trimestre, o que representa 730 megawatts DC e 172,9 megawatt‑hora de baterias IQ®.

Para o quarto trimestre, a Enphase Energy estima que sua receita fique entre US$ 360 milhões e US$ 400 milhões e que as remessas sejam de 140 a 160 MWh de baterias IQ. O benefício líquido do IRA, por sua vez, deve ficar entre US$ 38‑41 milhões.

O Inflation Reduction Act (IRA) foi introduzido sob a administração Biden com apoio bipartidário. O pacote de US$ 369 bilhões, que foi sancionado em 2022, ofereceu incentivos para energia renovável por meio de créditos fiscais, subsídios e investimentos. Isso tem sido um divisor de águas para o setor de energia renovável.

No final do terceiro trimestre, a Enphase Energy possuía US$ 1,77 bilhão em caixa, equivalentes de caixa e valores mobiliários negociáveis, enquanto o fluxo de caixa livre foi de US$ 161,6 milhões. A empresa, por sua vez, gerou US$ 170,1 milhões em fluxo de caixa operacional.

Durante esse período, também lançou um software baseado em IA para melhorar a compreensão dos consumidores sobre o uso de energia e ajudá‑los a maximizar suas economias no mercado de tarifas de energia cada vez mais complexo, integrando estimativas de energia solar e consumo com tarifas elétricas.

Conclusão

Com a demanda global por energia continuando a subir significativamente, a uma taxa mais rápida do que nunca, devido a ondas de calor intensas, crescimento econômico robusto e, claro, a crescente adoção de tecnologias como veículos elétricos (EVs) e IA, há necessidade de soluções de armazenamento de energia que possam ajudar a atender essa demanda. 

Aqui, o desenvolvimento de dispositivos de armazenamento de energia autocargáveis de alto desempenho representa um grande passo no avanço da tecnologia de armazenamento de energia e no atendimento à demanda global de energia. Embora ainda não tenham sido comercializados, inovações como estas podem ajudar a garantir um fornecimento de energia estável e confiável e desbloquear um enorme potencial na integração de energia renovável!

Clique aqui para uma lista das principais ações de baterias.