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Upscaling of fluorographene chemistry for supercapacitor electrode material

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Un nuovo derivato del grafene promuove il vantaggio dello stoccaggio dell’energia del supercondensatore

Con un nuovo derivato modulare del grafene, alcuni ricercatori sperano di creare supercondensatori in grado di immagazzinare energia paragonabile alle batterie offrendo allo stesso tempo capacità di ricarica rapida superiori.

Energia

Il mondo si trova nel mezzo di una transizione energetica. Ma mentre ci allontaniamo dai combustibili fossili per avvicinarci alle fonti rinnovabili, dobbiamo affrontare la sfida dello stoccaggio dell’energia. Una possibile soluzione risiede nel supercondensatore. Secondo ScienceDirect, i supercondensatori sono «dispositivi di stoccaggio dell’energia elettrochimica che immagazzinano e rilasciano energia mediante adsorbimento e desorbimento reversibile di ioni a livello di interfacce tra materiali degli elettrodi ed elettroliti.» Un vantaggio che i supercondensatori hanno rispetto ad altre soluzioni di stoccaggio dell’energia, quali le batterie, è una durata significativamente più lunga. Mentre le batterie possono in genere gestire tra 2 000 e 3 000 cicli di carica/scarica, i supercondensatori possono gestire oltre 1 milione di cariche rapide, con una conseguente notevole riduzione di materiali e costi. Nonostante il loro vantaggio di carica/scarica, i supercondensatori non possono competere con le capacità di stoccaggio dell’energia di gran lunga superiori delle batterie. Ma questo potrebbe presto cambiare, grazie a un nuovo derivato del grafene sviluppato dal progetto UP2DCHEM, finanziato dall’UE. «Sostituendo il carbone attivo con un nuovo derivato del grafene, possiamo creare supercondensatori in grado di immagazzinare energia paragonabile a una batteria tipica, pur mantenendo capacità di ricarica rapida superiori», spiega Michal Otyepka, responsabile della divisione nanomateriali del Czech Advanced Technology and Research Institute, parte della Palacký University Olomouc, che ha ospitato il progetto UP2DCHEM.

Scalabilità

Il grafene è un sottile strato di carbonio puro, strettamente impacchettato e legato in un reticolo esagonale a nido d’ape. «È ampiamente considerato un “materiale meraviglioso” perché dotato di molteplici tratti sorprendenti, dall’essere il composto più sottile conosciuto e il conduttore più noto», come riporta Grafene-info. «È anche dotato di incredibili caratteristiche di forza e assorbimento della luce ed è persino considerato ecologico e sostenibile.» Sono stati questi tratti a stimolare inizialmente l’interesse di Otyepka nel materiale. In un precedente progetto, Otyepka aveva progettato nuovi materiali funzionali derivati​dal grafene, uno dei quali dimostrò risultati molto promettenti in laboratorio. Nel progetto UP2DCHEM, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, Otyepka si proponeva di migliorare la sintesi del materiale da milligrammi a chilogrammi e di verificarne l’utilizzo in dispositivi di stoccaggio dell’energia. «In laboratorio, normalmente prepariamo e testiamo campioni piuttosto piccoli, spesso quantità inferiori a un grammo», osserva Otyepka. «Tuttavia, i partner commerciali necessitano di ordini di grandezza di quantità maggiori, oltre il mezzo chilogrammo, per assemblare prototipi di dispositivi.» Eppure, passare da piccole a grandi quantità si è rivelato più impegnativo del previsto, soprattutto perché la sintesi richiede una sostanza chimica da utilizzare come un propulsore per airbag. «Inizialmente, è stato piuttosto difficile trovare un’azienda disposta a collaborare a un progetto così potenzialmente “esplosivo”», aggiunge Otyepka. Alla fine, il progetto ha trovato un’azienda che ha gestito la sintesi, consentendo a Otyepka di confermare la possibilità di sintetizzare tali quantità e che il materiale mostra ancora le proprietà richieste in tali condizioni e volumi. Questa scoperta non solo consente a Otyepka di ottimizzarne ulteriormente la sintesi, ma ha anche aperto le porte a dispositivi supercondensatori e all’ulteriore evoluzione del progetto. «Stiamo ora lavorando per trasformare questi nuovi materiali in dispositivi che contribuiscano a risolvere la domanda sempre crescente di energia stabile, economica e sostenibile», conclude Otyepka. I ricercatori stanno attualmente collaborando con diverse aziende e università per creare prototipi di supercondensatori a base di grafene.

Parole chiave

UP2DCHEM, grafene, supercondensatore, stoccaggio dell’energia, batteria, batterie, ricarica, energia sostenibile

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