Supercondensatori al grafene per batterie ad alta capacità

Una nuova ricerca sugli ultracondensatori mette in luce la densità energetica del grafene per poter sviluppare batterie ad alta capacità

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È solo questione di tempo prima che qualcuno riesca a dimostrare concretamente, e ad applicare nel campo della mobilità elettrica, le straordinarie proprietà del grafene nella realizzazione di supercondensatori, per coniugare la rapidità di carica/scarica tipica di questi componenti con una capacità elevatissima e paragonabile con quella delle batterie elettrochimiche, ma con una vita utile molto maggiore.

L’ultimo recente annuncio è di quest’anno, in un centro ricerche australiano (la Swinburne University) in cui tale Han Lin avrebbe usato una stampante 3D per realizzare fogli di grafene impiegati poi per costruire un supercondensatore.

Batterie più capienti con i supercondensatori al grafene

Non sono al momento disponibili informazioni quantitative, ma il ricercatore afferma che il materiale così ottenuto ha una densità energetica pari a quella di una batteria al litio. Si tratta di un passo prevedibile e atteso, dopo che, per esempio, nel 2010 era stato annunciato un ultracondensatore, sempre al grafene, in grado di immagazzinare oltre 85 Wh/kg a temperatura ambiente e oltre 130 Wh/kg a 80 °C.

Per riferimento, la densità energetica di una batteria NiMH si aggira sugli 80 Wh/kg, mentre quella di una batteria ricaricabile convenzionale Li-Ion può spaziare tra circa 100 e circa 200 Wh/kg. Non stupisce quindi che dopo 6 anni di ricerche qualcuno possa essere realisticamente arrivato a realizzare nanostrutture in grafene in grado di esibire una capacità di accumulo di carica elettrica ancora superiore e ormai pari, se non migliore di quella di molte batterie al litio.

Tutti i vantaggi del grafene nelle batterie

Peraltro, il grafene può essere impiegato con vantaggio anche nelle stesse batterie elettrochimiche, per realizzare elettrodi con elevata superficie di reazione, come abbiamo discusso in diverse occasioni, come a proposito del suo impiego nelle celle al Litio, o al Litio-Aria, o degli annunci di Graphenano, solo per fare qualche recente esempio.

In questo senso si può dire che il grafene ha innescato una sorta di competizione virtuosa tra la via elettrochimica e quella fisica alla realizzazione di accumulatori di energia sempre più capienti.

Nei condensatori la capacità di accumulo di carica dipende fortemente dalle caratteristiche superficiali e spaziali della struttura (aspetti geometrici come piccole distanze e punte aguzze sono di grande aiuto) e il grafene eccelle soprattutto per quanto riguarda il rapporto superficie/volume e il rapporto superficie/massa: quest’ultimo può raggiungere e superare l’incredibile valore di 2600 metri quadrati per grammo di sostanza.

Un ulteriore aiuto può venire dall’uso di tecniche costruttive avanzate per combinare questa proprietà intrinseca con microstrutture tridimensionali, accrescendo ancora le proprietà quasi “frattali” (in termini di rapporto superficie/volume) tipiche del grafene. Con la concreta prospettiva di superare le batterie elettrochimiche in termini di densità energetica, ma soprattutto di eclissarle in termini di velocità di carica.

Molteplici i vantaggi: non occorrono sostanze rare o pregiate, nè si devasta l’ambiente per estrarre i materiali necessari (il componente principale, il grafene, non è altro che una forma allotropica del comunissimo carbonio); i costi di fabbricazione, una volta industrializzati a dovere i processi, dovrebbero rivelarsi bassi; per il componente ci si aspetta una lunga durata; le operazioni di ricarica potranno avvenire in tempi brevissimi; la struttura degli elementi costitutivi (simili a sottili fogli di carta) consentirà applicazioni impensabili, fra cui perfino l’integrazione negli abiti.

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2 COMMENTI

  1. Troppo ottimismo; mancano dati quantitativi.
    Ho sempre ritenuto i supercondensatori come ottimi supporti per il recupero d’energia nelle frenate e mi aspetto un loro massimo utilizzo nelle utilizzazioni ibride (anche treni e autobus).

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