Supercondensatori al grafene

Pubblicato il 4 settembre 2014

Fra le diverse opportunità per aumentare le prestazioni di componenti come i supercondensatori c’è l’impiego del grafene per la realizzazione degli elettrodi. Dal punto di vista commerciale, l’impiego di elettrodi in grafene per supercondensatori e super-batterie potrebbe consentire a queste tecnologie di conquistare, secondo gli analisti, fino alla metà del mercato delle batterie agli ioni di Litio in un arco di tempo di circa 15 anni. Si tratta di un mercato del valore di decine di miliardi di dollari all’anno, e questo senza tenere conto delle possibilità per la sostituzione con questi componenti dei tradizionali condensatori elettrolitici in alluminio.

Per poter competere con le attuali batterie occorre però aumentare la densità di energia dei supercondensatori, un problema decisamente complesso. Gli elettrodi degli attuali supercondensatori, infatti, hanno solitamente una struttura gerarchicamente organizzata con pori di dimensioni sempre più piccole che consentono il passaggio agli ioni dell’elettrolita. La scelta di materiali che possono essere ottimizzati con l’elettrolita diventa quindi molto importante per avere le migliori performance possibili.

L’uso del grafene migliora le prestazioni e risolve diversi problemi, ma ne pone però anche altri. Per esempio, questo materiale è costoso se servono caratteristiche come una elevata purezza e integrità strutturale. Per poter sostituire per le più diffuse applicazioni le batterie agli ioni di Litio, inoltre, occorrono anche altre caratteristiche come la stabilità, le prestazioni legate alle temperature di esercizio e altri parametri. Per questo motivo la sostituzione degli attuali condensatori elettrolitici sembra essere per ora una delle principali opportunità.

Anche i nuovi materiali per l’elettrolita possono aiutare a ottenere performance migliori con gli elettrodi in grafene. Per esempio, gli elettroliti acquosi offrono bassi costi e non sono infiammabili, mentre quelli ionici premettono di semplificare sensibilmente la produzione, non sono ugualmente infiammabili, permettono di utilizzare elevate tensioni e si possono impiegare in un’ampia gamma di temperature.

Per quanto riguarda l’implementazione, i recenti sviluppi di alcuni produttori hanno dimostrato che si possono realizzare sistemi di condensatori con grafene e ioni di Litio che possono operare a 3,7 V e caratterizzati da un buon ciclo di vita e ottime performance in termini di potenza.

La ricerca di materiali economicamente interessanti che possano migliorare sensibilmente le prestazioni dei supercondensatori è comunque costante, anche per i notevoli interessi in gioco (per esempio per l’alimentazione dei veicoli elettrici) e gli annunci di nuove soluzioni stanno diventando sempre più frequenti.



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