Supercondensatori al grafene pronti per lo stoccaggio di energia dei veicoli elettrici, affermano gli ingegneri coreani

I veicoli elettrici stanno arrivando, pronti o no. E una delle tecnologie abilitanti che li rende più facili da guidare è l'umile batteria, in particolare le versioni agli ioni di litio che possono immagazzinare energia sufficiente per dare a queste auto un'autonomia ragionevole per la guida in città.

Naturalmente, le case automobilistiche sono sempre alla ricerca di modi per migliorare l'efficienza, e quindi l'autonomia, di questi veicoli. E un modo per farlo è recuperare e riutilizzare l'energia che normalmente verrebbe sprecata quando i freni rallentano un veicolo.

Tuttavia, c'è un problema a farlo con le batterie convenzionali. La frenata si verifica su scale temporali misurate in secondi, ma è troppo veloce per le batterie, che generalmente impiegano molte ore per caricarsi. Quindi i produttori di automobili devono trovare altri modi per immagazzinare questa energia.

Uno dei più promettenti è l'uso di supercondensatori, perché possono caricarsi rapidamente e quindi scaricare l'energia altrettanto velocemente. In effetti, molte case automobilistiche stanno sperimentando proprio questa tecnologia.

Ma i supercondensatori non sono ancora pronti per la strada aperta. Questo perché, sebbene si carichino e si scarichino rapidamente, non immagazzinano molta energia.

Inoltre, tendono a consumarsi con l'uso ripetuto poiché i materiali al loro interno si rompono con il flusso costante di carica in entrata e in uscita. Questo è uno svantaggio significativo in un dispositivo che dovrebbe essere utilizzato molti milioni di volte nel corso della vita di un'auto.

Ora Santhakumar Kannappan al Gwangju Institute of Science and Technology in Corea e alcuni amici dicono di avere una soluzione basata sul materiale meraviglioso del momento: il grafene. Questi ragazzi hanno costruito supercondensatori ad alte prestazioni in grafene che immagazzinano quasi la stessa energia di una batteria agli ioni di litio. Possono caricarsi e scaricarsi in pochi secondi e mantenere tutto questo per molte decine di migliaia di cicli di ricarica.

Il trucco che questi ragazzi hanno perfezionato è quello di creare una forma di grafene altamente porosa che abbia un'enorme superficie interna. Creano questo grafene riducendo le particelle di ossido di grafene con idrazina in acqua agitata con ultrasuoni.

La polvere di grafene viene quindi confezionata in una cella a forma di moneta, ed essiccata a 140°C e ad una pressione di 300/kg/cm per cinque ore.

L'elettrodo di grafene risultante è altamente poroso. Un solo grammo di questa roba ha una superficie più grande di un campo da basket. Questo è importante perché consente all'elettrodo di ospitare molto più elettrolita (un liquido ionico chiamato EBIMF 1 M). E questo alla fine determina la quantità di carica che il supercondensatore può contenere.

Kannappan e co hanno misurato le prestazioni del loro supercondensatore e sono chiaramente impressionati dai risultati. Dicono che abbia una capacità specifica di oltre 150 farad per grammo in grado di immagazzinare energia a una densità di oltre 64 wattora per chilogrammo a una densità di corrente di 5 ampere per grammo.

È quasi paragonabile alle batterie agli ioni di litio, che hanno una densità di energia compresa tra 100 e 200 wattora per chilogrammo.

Questi supercondensatori hanno anche altri vantaggi. Kannappan e co affermano di poterli caricare completamente in soli 16 secondi e l'hanno ripetuto circa 10.000 volte senza una significativa riduzione della capacità. Questi valori sono i più alti finora riportati in letteratura, dicono.

Questa è una serie impressionante di dati sulle prestazioni, che potrebbero ben giustificare la conclusione degli autori che questi dispositivi di accumulo di energia a supercondensatore ... possono essere scalati per la produzione nel prossimo futuro per applicazioni su veicoli elettrici.

Se hanno ragione, i normali veicoli elettrici stradali potrebbero presto raccogliere in modo efficiente energia che fino ad ora è stata in gran parte sprecata.

Rif: arxiv.org/abs/1311.1548 : Supercondensatori a base di grafene con capacità specifica migliorata e tempo di ricarica rapido ad alta densità di corrente

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