I ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory e UC Santa Cruz hanno creato i primi supercondensatori stampati in 3D, utilizzando un grafene aerogel ultraleggero. La tecnologia potrebbe migliorare notevolmente l’accumulo di energia negli smartphone, nelle auto elettriche e nei sensori wireless.
La creazione dei supercondensatori, in realtà, risale alla fine del 1950, tuttavia, questo metodo resta ancora il meno comune per l’accumulo di energia per i dispositivi elettrici portatili, a beneficio delle batterie che forniscono energia attraverso reazioni chimiche che avvengono tra due elettrodi e una sostanza chimica chiamata elettrolita. I condensatori (quelli non super) operano invece in modo completamente diverso, usando l’elettricità statica (elettrostatica) per immagazzinare energia. Essi forniscono anche alcuni vantaggi rispetto alle batterie, come il peso inferiore e il fatto che non contengono sostanze chimiche nocive o tossine.
I supercondensatori differiscono dai condensatori, essendo dotati di piastre conduttive molto più grandi che sono immerse in un elettrolita, facendo dei supercondensatori una specie di ibrido condensatore-batteria. Questo significa, in termini pratici, una capacità molto superiore rispetto ai condensatori normali, e la possibilità di essere utilizzati per fornire rapide cariche e scariche in un’ampia gamma di applicazioni, ad esempio all’interno di veicoli e ascensori, in cui sono utilizzati per la frenatura rigenerativa e lo stoccaggio di energia a breve termine.
Ebbene, il team LLNL ha stampato in 3D con successo degli innovativi supercondensatori, utilizzando un inchiostro composto da grafene e ossido e il processo di stampa 3D chiamato scrittura a inchiostro diretta (DIW). I supercondensatori stampati in questo modo, sono in grado di trattenere l’energia ad un livello simile a quelli realizzati con elettrodi da 10 a 100 volte più sottili. I risultati completi dello studio sono stati pubblicati su Nano Letters, il 20 gennaio.
Dal momento che supercondensatori possono caricare incredibilmente rapidamente rispetto alle batterie, l’ingegnere Cheng Zhu, autore principale della pubblicazione e il suo team sono convinti che i loro supercondensatori stampati in 3D potrebbero, in un futuro prossimo, essere usati per creare una nuova generazione di dispositivi elettronici che non potrebbero essere realizzati con altri metodi sintetici e che includerebbero smartphone completamente personalizzati e dispositivi basati su carta o addirittura pieghevoli.
“Stiamo sperimentando un possbile matrimonio tra la stampa 3D e i materiali porosi“, ha detto lo scienziato di biomedica Fang Qian, un co-autore della ricerca. “Pensate a un supercondensatore leggero, compatto e ad alte prestazioni da usare come dispositivo di energia portatile, quindi tutto ciò che ha bisogno di energia elettrica trarrebbe beneficio da un tale supercondensatore. Significherebbe un cambiamento radicale “.
Per stampare i supercondensatori speciali, il team ha utilizzato l’inchiostro a base di grafene per la sua leggerezza, elasticità e per la conducibilità elettrica superiore rispetto ad un inchiostro a base di carbonio. Il grafene contribuisce anche alla stabilità dei supercondensatori, conservando la capacità di energia anche dopo 10.000 ricariche consecutive e cicli di scarico.
Nel corso dei prossimi dodici mesi, il team prevede di sviluppare nuovi progetti in 3D che utilizzano inchiostri diversi e che miglioreranno le prestazioni dei materiali esistenti.
credits: 3ders.org
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