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Batterie realizzate con carta normale
La carta comune può essere trasformata in un elettrodo per batteria semplicemente immergendola in inchiostri a nanotubi di carbonio. Gli elettrodi risultanti, che sono resistenti, flessibili e altamente conduttivi, potrebbero essere utilizzati per realizzare dispositivi di accumulo di energia a basso costo per alimentare l'elettronica portatile.
Inchiostro nanotubi: Questo pezzo di carta da ufficio è stato dipinto con inchiostro di nanotubi di carbonio nero.
Ora è possibile stampare circuiti e schermi leggeri per l'elettronica come gli e-reader, ma le batterie convenzionali continuano a pesare su questi dispositivi. I nanotubi di carbonio sono un materiale promettente per la stampa di batterie perché, oltre alla loro resistenza, leggerezza e conduttività, possono immagazzinare una grande quantità di energia, una qualità che aiuta l'elettronica portatile a funzionare più a lungo tra una carica e l'altra.
Ora un gruppo di ricercatori della Stanford University, guidati dal professore di scienze dei materiali Yi Cui , hanno dimostrato che la normale carta da ufficio assorbe i nanotubi di carbonio come una spugna e può essere trasformata in elettrodi per batterie e supercondensatori. Il vantaggio della carta, afferma Cui, è che è economica e interagisce fortemente con i nanotubi senza la necessità di aggiungere additivi all'inchiostro. Sfruttiamo la struttura porosa della carta, afferma Cui. I nanotubi di carbonio si assorbono nella carta e si attaccano molto saldamente.
Dopo che la carta è stata immersa nell'inchiostro dei nanotubi e asciugata all'aria, diventa altamente conduttiva. Il gruppo di Stanford ha testato i film sottili come elettrodi nei supercondensatori e ha scoperto che potevano immagazzinare più energia totale e funzionare a correnti più elevate rispetto ai precedenti dispositivi a nanotubi stampati. Joel schindall , professore di ingegneria elettrica e informatica al MIT, afferma che i supercondensatori di carta immagazzinano una quantità sorprendentemente elevata di carica. Il gruppo di Stanford ha anche testato gli elettrodi di carta come collettori di corrente nelle batterie agli ioni di litio. Le loro prestazioni corrispondevano a quelle dei collettori di corrente metallici utilizzati in queste batterie, anche se i collettori metallici sono molto più pesanti. Questo lavoro è descritto questa settimana nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
Altri gruppi hanno lavorato sull'utilizzo della carta come substrato per la produzione di elettrodi. Tuttavia, i precedenti tentativi di costruire dispositivi a nanotubi su carta erano molto più complicati, afferma Cui, e richiedevano la crescita dei nanotubi sulla carta o l'utilizzo di nuove formulazioni di carta come punto di partenza. Il metodo di immersione è semplice e carino, dice Nicholas Kotov , professore di ingegneria chimica presso l'Università del Michigan.
Elettrodo di carta: I nanotubi assorbono la carta e si legano fortemente alle fibre di cellulosa, come mostrato in questa micrografia elettronica a scansione.
Cui dice che gli elettrodi a nanotubi di carta sono robusti. Sebbene la carta non trattata si dissolva in acqua, la carta trattata con nanotubi non lo farà e i nanotubi non si staccano quando vengono graffiati o arrotolati. Il supercondensatore è stato testato per oltre 40.000 cicli di carica per sei mesi ed è ancora funzionante, afferma Cui.
I ricercatori di Stanford stanno ora lavorando per migliorare le prestazioni dei loro dispositivi e stanno testando diversi metodi e materiali di stampa. Finora Cui ha utilizzato un inchiostro costituito da una miscela di semiconduttori e nanotubi metallici. Gli inchiostri puramente metallici probabilmente funzionerebbero meglio, ma sono più costosi. Il gruppo sta anche sperimentando diversi modi per unire nanotubi e carta, incluso dipingere gli inchiostri con una penna o un pennello per creare modelli complessi.