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quinta-feira, 29/10/2026    Centro de Química
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Laboratório de Eletrólitos Poliméricos, Compósitos para Eletroquímica e Energia, Edifício 6, laboratório 2.58.1
Responsáveis: Manuela Silva e Renato Gonçalves.
Do desenvolvimento de baterias mais seguras e eficientes à criação de janelas inteligentes capazes de reduzir o consumo energético dos edifícios, o Laboratório de Eletrólitos Poliméricos, Compósitos para Eletroquímica e Energia, do Departamento de Química (DQ) da Escola de Ciências da Universidade do Minho (ECUM), dedica-se à investigação de materiais avançados para responder aos desafios da transição energética e da sustentabilidade.

Com uma equipa multidisciplinar de docentes, investigadores e estudantes, o laboratório desenvolve soluções inovadoras para o armazenamento de energia, dispositivos eletroquímicos e materiais funcionais, apostando na utilização de recursos naturais e sustentáveis.

Falamos com a docente Manuela Silva e o investigador Renato Gonçalves para dar a conhecer o trabalho desenvolvido neste laboratório, os projetos em curso e o impacto que estas tecnologias poderão ter no quotidiano e na indústria do futuro.

Qual é a área de investigação do laboratório?
O laboratório desenvolve investigação nas áreas da Química Física, Química Analítica, Ciência dos Materiais e Eletroquímica.

Como está organizada a equipa?
A equipa integra docentes, investigadores, estudantes de licenciatura, mestrado e doutoramento, estudantes Erasmus e, pontualmente, professores convidados.

Atualmente, o grupo é constituído por dez elementos: um professor catedrático, um investigador auxiliar convidado, dois estudantes de doutoramento, dois estudantes de mestrado, dois estudantes de licenciatura, um estudante Erasmus e um professor convidado.

Quais são as principais linhas de investigação?
As principais linhas de investigação centram-se no desenvolvimento de materiais para sistemas de armazenamento de energia e de materiais sustentáveis para aplicações tecnológicas avançadas. A equipa trabalha também na área da eletroquímica avançada e no desenvolvimento de materiais para dispositivos eletrocrómicos e termocrómicos.

Quantos projetos estão em curso e quais destacariam?
O laboratório tem atualmente três projetos em curso. O projeto LiBSafe propõe inovar as baterias de ião de lítio através do desenvolvimento de sistemas com propriedades de autodeteção, autorreparação (self-healing) e interrupção térmica (thermal shutdown), aumentando a sua segurança, estabilidade e longevidade.

O projeto SMART-E desenvolve um conceito multissensorial para elétrodos de baterias inteligentes, permitindo a sua monitorização em funcionamento.

Já o projeto New Generation Storage (NGS), financiado pelo Plano de Recuperação e Resiliência (PRR), visa o desenvolvimento de células flexíveis e componentes sustentáveis à base de celulose.

Que problemas científicos ou tecnológicos procuram resolver com os eletrólitos poliméricos?
A investigação desenvolvida procura responder a vários desafios associados à eficiência energética, segurança, sustentabilidade e desempenho de dispositivos eletroquímicos.

Uma das áreas de trabalho centra-se no desenvolvimento de janelas inteligentes capazes de melhorar a eficiência energética e o conforto térmico dos edifícios, reduzindo o consumo de energia para climatização. Estas janelas, desenvolvidas pelo laboratório, serão construídas com materiais sustentáveis, como polímeros naturais derivados de celulose, quitosana e quitina, evitando a utilização de polímeros sintéticos derivados do petróleo.

O laboratório desenvolve também materiais funcionais e inteligentes, frequentemente sob a forma de filmes finos e/ou revestimentos, destinados a aplicações avançadas, incluindo sensores e sistemas de armazenamento de energia, como baterias.

Os materiais desenvolvidos para sistemas de armazenamento de energia procuram responder a desafios científicos e tecnológicos associados à eficiência, segurança, sustentabilidade e desempenho de dispositivos como baterias, supercondensadores e células eletroquímicas. Entre os principais desafios encontram-se a necessidade de aumentar a densidade energética e a vida útil dos sistemas, melhorar a estabilidade térmica e eletroquímica, reduzir os custos de produção e minimizar os impactos ambientais.

Em que aplicações são utilizados estes materiais?
Os materiais desenvolvidos são aplicados em dispositivos eletroquímicos de estado sólido, incluindo baterias, dispositivos eletrocrómicos, sensores e outros sistemas avançados.

Que vantagens apresentam face aos materiais convencionais?
Uma das principais vantagens é a utilização de materiais de origem natural, obtidos a partir de recursos existentes na natureza, substituindo polímeros sintéticos. Estes materiais podem ser facilmente extraídos de resíduos ou de carapaças de crustáceos, por exemplo, sendo mais sustentáveis e ambientalmente mais responsáveis.

Em que fase de desenvolvimento se encontram?
Os materiais encontram-se atualmente em fase de teste e validação em dispositivos.

Existe potencial de aplicação industrial ou comercialização?
O potencial de aplicação industrial e comercialização de baterias de estado sólido e de dispositivos eletrocrómicos é atualmente muito elevado, embora os dois setores se encontrem em fases de maturidade distintas.

As baterias de estado sólido são consideradas uma das tecnologias mais promissoras para substituir as baterias convencionais com eletrólitos líquidos, oferecendo vantagens como maior segurança, maior densidade energética, carregamento mais rápido, melhor estabilidade térmica e potencial integração em eletrónica flexível e dispositivos biomédicos. Os setores mais interessados incluem os veículos elétricos, a eletrónica portátil, a aeronáutica e o armazenamento estacionário de energia.

O processo de comercialização inicia-se com a investigação fundamental, incluindo o desenvolvimento de novos eletrólitos sólidos e o estudo das interfaces e dos materiais de elétrodo. Seguem-se os testes laboratoriais de desempenho, a prova de conceito — envolvendo a avaliação da estabilidade, segurança e ciclabilidade dos protótipos —, a proteção da propriedade intelectual através do registo de patentes e a adaptação para produção piloto, com otimização dos processos de síntese e montagem. Posteriormente, torna-se necessário estabelecer parcerias industriais, por exemplo com fabricantes automóveis ou empresas ligadas à produção de baterias, criar uma spin-off e, por fim, proceder à entrada no mercado.

Os dispositivos eletrocrómicos encontram-se numa fase de maturidade mais avançada e já possuem aplicações comerciais, nomeadamente em janelas inteligentes, espelhos retrovisores automóveis, visores, sistemas de camuflagem adaptativa e controlo térmico de edifícios. Funcionam através da alteração reversível da cor ou da transparência quando é aplicada uma tensão elétrica. Já existem empresas que comercializam janelas eletrocrómicas para edifícios energeticamente eficientes. A inovação desenvolvida pelo laboratório centra-se sobretudo no eletrólito, seguindo um processo semelhante ao das baterias.

Que resultados ou avanços consideram mais relevantes até ao momentoa?
Os resultados mais relevantes até ao momento incluem o aumento da condutividade iónica à temperatura ambiente, a melhoria da estabilidade eletroquímica e mecânica e o desenvolvimento de compósitos com melhor interface elétrodo/eletrólito. Destacam-se ainda os avanços na utilização de polímeros híbridos, plasticizantes e estruturas nanocompósitas para dispositivos eletroquímicos de estado sólido.

Outro resultado importante foi o desenvolvimento de cátodos mais sustentáveis, baseados em materiais como a celulose, bem como de cátodos com propriedades de thermal shutdown, que aumentam a segurança das baterias quando sujeitas a temperaturas excessivas.

Que equipamentos e técnicas são essenciais para o desenvolvimento do vosso trabalho?
O trabalho desenvolvido no laboratório assenta num conjunto de equipamentos e técnicas de caracterização fundamentais para o estudo e desenvolvimento de materiais avançados. Entre estas destacam-se a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS), utilizada para avaliar as propriedades elétricas e iónicas dos materiais, a Calorimetria Diferencial de Varrimento (DSC) e a Análise Termogravimétrica (TGA), que permitem estudar o seu comportamento térmico e estabilidade.

São ainda utilizadas técnicas eletroquímicas como a Voltametria Cíclica, recorrendo a um potenciostato, e ensaios com galvanostato para avaliar o desempenho dos dispositivos. O laboratório dispõe também de câmaras de luvas com atmosfera inerte, essenciais para a preparação e manipulação de materiais sensíveis à humidade e ao oxigénio.

Existem infraestruturas ou métodos que diferenciem o laboratório?
O laboratório dispõe de três câmaras de luvas com atmosfera controlada de árgon, essenciais para a preparação e caracterização de materiais sensíveis, bem como de um conjunto alargado de técnicas de caracterização eletroquímica.

Parcerias e colaboração

Colaboram com outras instituições ou empresas?
 Sim. O laboratório colabora com várias universidades nacionais e internacionais, entre as quais a Universidade Nova de Lisboa, a Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, a Universidade de Aveiro, a Universidade do País Basco e a Universidade de São Paulo.

Existem também colaborações com centros tecnológicos como o INL, o CENTI e o CITEVE, bem como com empresas, incluindo a DST.

Em que tipo de projetos colaboram?
A maioria dos projetos desenvolvidos está associada à investigação e desenvolvimento (I&D), embora alguns já se encontrem numa fase próxima da transferência de tecnologia, graças aos protótipos e produtos desenvolvidos.

Que impacto têm estas parcerias?
Estas parcerias têm um impacto elevado a vários níveis. No plano institucional, promovem a formação avançada de estudantes e a sua integração no mercado de trabalho. No plano académico, contribuem para a produção de conhecimento e para o desenvolvimento de novos produtos. Já no plano económico e social, fortalecem o tecido empresarial português e incentivam a inovação tecnológica.

Impacto na sociedade

Como contribui a vossa investigação para a transição energética e para o desenvolvimento sustentável?
 A investigação desenvolvida contribui para a transição energética e para o desenvolvimento sustentável através da criação de materiais avançados para sistemas de armazenamento e conversão de energia mais eficientes, seguros e ambientalmente sustentáveis.

O desenvolvimento de eletrólitos e compósitos poliméricos permite melhorar o desempenho de baterias e de outros dispositivos eletroquímicos essenciais para a integração de energias renováveis, a mobilidade elétrica e a eletrónica sustentável.

O desenvolvimento de janelas inteligentes é igualmente muito relevante, permitindo reduzir as necessidades energéticas dos edifícios. Estas soluções ajustam a entrada de luz solar (radiação visível) e de calor (radiação infravermelha próxima – NIR) em tempo real, em função das necessidades dos utilizadores, independentemente da localização geográfica, da região climática, da estação do ano ou da orientação da divisão. Desta forma, aumentam o desempenho energético dos edifícios e reduzem as necessidades de aquecimento e arrefecimento.

Que impacto pode ter no dia a dia da população e até mesmo na indústria?
O impacto é significativo tanto no quotidiano como na indústria, permitindo o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia mais eficientes, seguros e duradouros. No dia a dia, estes materiais podem contribuir para baterias com maior autonomia e menor tempo de carregamento em dispositivos eletrónicos e veículos elétricos, bem como para tecnologias mais leves, flexíveis e sustentáveis.

Os edifícios de energia zero são igualmente relevantes para alcançar os objetivos de sustentabilidade definidos pela União Europeia e pelos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável das Nações Unidas. Os edifícios atuais utilizam grandes superfícies envidraçadas, o que aumenta as necessidades de aquecimento e arrefecimento. Estima-se que os edifícios representem cerca de 40% do consumo total de energia na Europa.

Na indústria, o avanço destes materiais favorece a criação de soluções inovadoras para armazenamento de energia renovável, sensores e dispositivos eletroquímicos, como os eletrocrómicos, aumentando a eficiência energética, reduzindo custos operacionais e promovendo processos industriais mais sustentáveis e alinhados com as metas de transição energética.

Desafios e dificuldades

Quais são os principais desafios científicos e técnicos nesta área?
 Na área das baterias de estado sólido, o maior desafio tem sido a criação de baterias com propriedades semelhantes ou superiores às das baterias convencionais com eletrólitos líquidos. Adicionalmente, permanece o desafio de compreender toda a complexidade dos mecanismos de condução iónica que ocorrem nos eletrólitos sólidos e na interface elétrodo/eletrólito.

Na área das janelas inteligentes, os maiores desafios prendem-se com a estabilidade eletroquímica e mecânica, bem como com a garantia de maior durabilidade durante os ciclos de coloração e descoloração. Persistem ainda limitações relacionadas com a transparência ótica, o tempo de resposta e a escalabilidade para aplicações comerciais.

Existem limitações de financiamento, materiais ou aplicação à escala real?
Sim. Nem sempre as empresas portuguesas estão motivadas para investir os recursos necessários à escalabilidade destas tecnologias e à sua implementação industrial.

Formação e oportunidades

Há oportunidades para estudantes de licenciatura e mestrado?
 Sim. O laboratório acolhe atualmente estudantes de licenciatura e de mestrado que desenvolvem projetos individuais e dissertações de mestrado. No âmbito de diversos temas relacionados com as áreas de investigação do grupo, estes estudantes têm vindo a realizar trabalhos ao longo da sua formação, adquirindo competências e conhecimentos que são posteriormente valorizados e procurados por empresas e indústrias.

Que competências podem desenvolver?
Os estudantes desenvolvem várias competências, nomeadamente a capacidade de investigar temas relacionados com tecnologia de ponta, bem como competências de comunicação oral e escrita, trabalho em equipa e resolução de problemas.

Que conselhos dariam a quem quer seguir investigação?
Seguir uma carreira de investigação pode ser muito gratificante, mas também exigente, tendo um impacto significativo em áreas tão diversas como a energia, a eletrónica e a saúde.

Em primeiro lugar, é importante cultivar a curiosidade. A base da investigação é fazer boas perguntas, muitas vezes mais importante do que encontrar respostas rápidas. É fundamental aprender a questionar resultados, métodos e até ideias estabelecidas.

Em segundo lugar, é essencial construir uma base sólida na área de formação. Seja em ciências, engenharia, ciências sociais ou humanidades, dominar os fundamentos permite inovar com maior confiança.

Importa também aprender a lidar com a frustração. Resultados negativos, experiências que falham e artigos rejeitados fazem parte do processo. Persistência e resiliência são qualidades indispensáveis.

É igualmente aconselhável procurar bons mentores. Trabalhar com orientadores experientes pode acelerar significativamente o desenvolvimento profissional e ajudar a evitar erros comuns.

Outra competência fundamental é a comunicação. Saber escrever artigos claros, apresentar ideias e explicar o trabalho realizado a diferentes públicos é tão importante quanto fazer boa investigação.

A colaboração deve ser valorizada sempre que possível. A investigação moderna é cada vez mais interdisciplinar, e o trabalho conjunto com investigadores de diferentes áreas abre novas perspetivas e oportunidades.

Por fim, é essencial manter-se atualizado. A leitura regular de artigos científicos ajuda a compreender o estado da arte e a identificar novas oportunidades de investigação.

Acima de tudo, é importante escolher um tema que desperte verdadeiro interesse e motivação, pois será essa motivação intrínseca que permitirá ultrapassar os momentos mais exigentes da carreira científica.
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