Ibrido supercondensatore-batteria al grafene: due vantaggi in un solo sistema

Un gruppo di ricercatori della Queensland University of Technology ha ottenuto alcuni risultati interessanti nel contesto dello sviluppo di un nuovo dispositivo per l'accumulo e lo stoccaggio di energia. Si tratta di un supercondensatore ibrido che cerca di unire i punti di forza delle batterie e dei supercondensatori, senza incappare nei limiti di ciascuno.

Le batterie possono stoccare grandi quantità di energia, e la erogano scaricandosi lentamente. Di contro invece i supercondensatori sono in grado di immagazzinare una frazione di energia rispetto alle batterie, e la erogano scaricandosi rapidamente. I supercondensatori sono utilizzati nei dispositivi elettronici quando c'è bisogno di stabilizzare l'alimentazione oppure quando serve energia a breve termine, come ad esempio è il caso di un flash, e hanno un ciclo di vita molto più longevo rispetto alle batterie.

I vantaggi delle batterie e dei supercondensatori insieme, grazie al grafene

I ricercatori hanno realizzato un nuovo dispositivo per l'accumulo di energia che riesce a raggiungere densità vicine a quelle delle batterie al nichel-metalidrato, con potenza pari a quella dei supercondensatori e circa 10 volte superori rispetto alle batterie al litio. Il risultato è stato raggiunto sfruttando una disposizione degli elettrodi inedita che permette al dispositivo di ridurre le distanze tra le batterie a bassa potenza e i supercondensatori a bassa energia, riuscendo così a spianare la strada a nuove applicazioni. Il materiale degli elettrodi è disposto in maniera asimmetrica e proprio questo permette di offrire un forte potenziale per lo sviluppo dell'accumulo di energia.

"Le batterie si guastano rapidamente se vengono ricaricate continuamente a velocità elevate, ma anche se si utilizzano velocità di ricarica modeste e bassa profondità di scarica per ottenere una durata davvero lunga, si potrebbero raggiungere i 5000 cicli di carica/scarica. Il nostro dispositivo dopo essere stato sottoposto ad un ciclo di corrente elevata per 10000 cariche/scariche, ha mantenuto circa il 90% della sua capacità di stoccaggio iniziale" ha dichiarato Micheal Horn, autore dello studio.

La progettazione del dispositivo ha presentato, in particolare, una sfida chiave e cioè il corretto bilanciamento degli elettrodi negativi di "tipo condensatore" con gli elettrodi positivi di "tipo batteria" in un unico dispositivo. Per ottenere questo risultato i ricercatori hanno usato il grafene, modificato chimicamente e combinato con una nanostruttura metallica organica (purtroppo non meglio precisata) chiamata MOF. Questa struttura funziona agisce come dei nano-pilastri che separano gli strati di grafene, spiegano i ricercatori, immagazzinando le cariche tramite un meccanismo chimico mentre il grafene mette a disposizione connessioni elettriche al MOF e immagazzina ulteriori cariche con un meccanismo capacitivo.

"E' una soluzione vantaggiosa per tutti, è la strada verso soluzioni di accumulo di energie più economiche, estremamente sicure e rispettose dell'ambiente, in quanto l'elettrolita è a base acquosa e facile da riciclare" conclude Horn.