I
n un futuro dominato dalla
connettività mobile e popolato
da miliardi di computer por-
tatili, tablet, smartphone e te-
lefoni cellulari, all’evoluzione
della tecnologia delle batterie
si è affiancata anche quella di
una tipologia di accumulatori
di energia con caratteristiche
intermedie a quelle di batterie
e condensatori: i condensatori
elettrochimici o superconden-
satori. Si tratta di dispositivi in
grado di immagazzinare con-
siderevoli quantità di energia
e che, come i condensatori e
a differenza delle batterie, of-
frono profili di carica e scarica
molto rapidi.
Sebbene la densità di energia
sia di gran lunga superiore a
quella dei condensatori, il va-
lore tipico di 4-5 Wh/kg dei su-
percondensatori in commercio
oggi si posiziona ben al di sot-
to dei 10-150 Wh/kg messi sul
piatto dalle batterie di vario ti-
po. Per questo motivo i super-
condensatori rappresentano
oggi una soluzione di impiego
relativamente infrequente: uno
studio di
stima che
nel 2013 solo lo 0,57% del-
le soluzioni di immagazzina-
mento dell’energia fanno uso
di condensatori elettrochimici
Il mercato è saldamente nelle
mani delle batterie ricaricabili
(57%) e di quelle usa e getta
(43%). A dominare è la tecno-
logia al litio che, sempre se-
condo IDTechEx, tra dieci anni
sarà presente nel 70% delle
batterie ricaricabili. I supercon-
densatori hanno tuttavia ini-
ziato ad affermarsi come una
realtà emergente grazie a uno
spettro di prestazioni in grado
si supplire alle carenze della
tecnologia al litio e stando alle
stime di IDTechEx il loro mer-
cato è destinato a raggiungere
quota 11 miliardi di dollari en-
tro il 2023.
I condensatori elettrochimici
sono caratterizzati da una va-
stissima superficie utile e da
un dielettrico, tipicamente co-
stituito dallo strato molecolare
di solvatazione degli ioni dell’e-
lettrolita, di spessore nanome-
trico. Con queste geometrie
diventa possibile raggiungere
valori di capacità enormi, fi-
no anche a diverse migliaia di
farad. Gli sviluppi più recenti,
hanno permesso di ridurre la
resistenza serie equivalente
permettendo il raggiungimen-
to di potenze sempre più alte.
Al punto che l’equilibrio delle
applicazioni tra elettronica ed
elettrotecnica ha cominciato a
spostarsi verso quest’ultima:
stando ai dati forniti da IDTe-
chX nel 2013 il 51% del fat-
turato associato a supercon-
densatori e batterie ibride con
supercondensatori riguarderà
applicazioni di tipo elettrotec-
nico, una cifra che nel 2023
diventerà del 61%. La maggior
parte dei supercondensatori
oggi in commercio utilizzano
carbone attivo, un materiale
nanoporoso in grado di offri-
re circa 250 metri quadri di
superficie per grammo. Non
trattandosi però di un isolante
eccezionale le tensioni massi-
me tollerabili risultano essere
comprese tra 2 e 3 V.
L’ingombro è un altro dei pro-
blemi dell’attuale tecnologia,
che peraltro non si presta a
essere scalata verso il basso,
un requisito necessario per
l’integrazione nelle moderne
apparecchiature portatili, spe-
cie in ambito consumer.
Particolarmente promettente,
da questo punto di vista, è la
ricerca legata al grafene che
prospetta densità di potenza
comparabili a quelle delle bat-
terie a Li-Ion e, con gli ultimi
sviluppi, offre uno sbocco eco-
nomico alla miniaturizzazione
di supercondensatori planari
su supporti flessibili.
Richard Kaner e Maher El-ka-
dy, ricercatori presso il Cali-
fornia NanoSystems Institute
dell
sono infatti riusciti a re-
alizzare micro-supercondensa-
tori in grafene utilizzando ossi-
do di grafite e un masterizzato-
re commerciale con funzione
LightScribe per l’incisione delle
etichette. La chiave di volta è
un effetto fototermico, da lo-
ro scoperto, che permette di
ottenere strati di grafene non
impilati per assorbimento di lu-
ce laser da parte dell’ossido di
grafite.
In meno di trenta minuti, Kaner
e El-kady sono riusciti a realiz-
zare su un substrato polimeri-
co deposto su un singolo CD
ben cento micro-superconden-
satori in grafene con densità di
energia di comparabili a quelle
delle batterie a ioni di litio a
film sottile e tra le più alte mai
ottenute da un superconden-
satore.
EON
ews
n.
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-
maggio
2013
3
M
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iussani
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Le future generazioni
di supercondensatori
promettono densità di energia
comparabili con quelle delle
batterie convenzionali
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Il supercondensatore
si fa micro
