Un nuovo materiale denominato ossido di grafene ridotto multiscala potrebbe consentire una ricarica e un'erogazione di potenza più rapide rispetto a quelle consentite dalle batterie tradizionali. / Graphene supercapacitor breakthrough could boost energy storage in future EVs and other household devices
Un nuovo materiale denominato ossido di grafene ridotto multiscala potrebbe consentire una ricarica e un'erogazione di potenza più rapide rispetto a quelle consentite dalle batterie tradizionali. / Graphene supercapacitor breakthrough could boost energy storage in future EVs and other household devices
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Gli scienziati hanno scoperto un nuovo modo per manipolare il grafene e creare una sostanza con densità di energia e potenza da record.
Una volta incorporata nei dispositivi di accumulo di energia chiamati supercondensatori, questa nuova forma di grafene potrebbe rappresentare la chiave per un accumulo di energia ad alta capacità ed a ricarica rapida, in grado di erogare energia più rapidamente rispetto alle batterie convenzionali, hanno affermato i ricercatori in una nota.
Il nuovo materiale, denominato ossido di grafene ridotto multiscala (M-rGO), è ricavato dalla grafite, una risorsa abbondante a livello globale. I ricercatori lo hanno incorporato in celle a sacchetto, un tipo di batteria ricaricabile racchiusa in un sottile e flessibile involucro di lamina laminata anziché in metallo rigido. Gli scienziati hanno pubblicato i loro risultati il 15 settembre sulla rivista Nature Communications.
Le celle a sacchetto sono utilizzate in veicoli elettrici, droni, dispositivi elettronici indossabili, laptop, smartphone e tablet. Secondo il gruppo di ricerca, la loro realizzazione con M-rGO potrebbe portare a miglioramenti nella capacità totale, nei tempi di ricarica e nella capacità di alimentare dispositivi più complessi ed ad alto consumo energetico con batterie più piccole.
Assorbire il potere
Mentre le batterie tradizionali immagazzinano energia tramite legami chimici, i supercondensatori sono condensatori elettrochimici che immagazzinano energia sotto forma di cariche elettriche separate sulle superfici degli elettrodi. Presentano il vantaggio di una densità energetica (quantità di energia può essere immagazzinata in un dato spazio) e di una densità di potenza (quantità di energia può essere erogata per unità di volume) superiori rispetto alle batterie tradizionali.
Finora, tuttavia, i supercondensatori sono stati ostacolati da un limite significativo: solo una parte dell'energia potenziale immagazzinata nei materiali con cui erano stati creati era disponibile per l'uso.
Questa limitazione deriva dalla composizione fisica del grafene. Sebbene abbia il vantaggio di consentire elettrodi più densi – i conduttori solidi in una batteria in cui viene immagazzinata la carica – è molto inefficiente nell'utilizzare quello spazio. Ad esempio, impilare semplicemente il grafene è inefficiente perché i fogli aderiscono troppo strettamente tra loro e non lasciano abbastanza spazio agli ioni che devono muoversi dentro e fuori per immagazzinare energia.
Per aggirare questo problema, gli scienziati hanno costruito strutture 3D disordinate simili a spugne, che forniscono sia grandi quantità di spazio di stoccaggio sia percorsi per il movimento degli ioni. Sebbene leggere, queste strutture avevano lo svantaggio di essere grandi ed ingombranti.
Questa innovazione supera questo problema riscaldando il grafene in un processo in due fasi. Il risultato è una rete di grafene aggrovigliata e curva con più livelli di struttura che consente comunque il rapido movimento degli ioni, offrendo al contempo un'ampia superficie per l'accumulo di energia.
"Questa scoperta potrebbe consentirci di costruire supercondensatori a carica rapida che immagazzinano energia sufficiente a sostituire le batterie in molte applicazioni e la erogano molto più rapidamente", ha affermato Mainak Majumder, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale presso la Monash University in Australia, nella dichiarazione.
ENGLISH
A new material called multiscale reduced graphene oxide could mean faster charging and power delivery than traditional batteries allow.
Scientists have found a new way to manipulate graphene to create a substance with record-breaking energy and power density.
When incorporated into energy storage devices called supercapacitors, this new form of graphene could be the key to high-capacity, fast-charging energy storage that could deliver power more quickly than conventional batteries, the researchers said in a statement.
Pouch cells are used in electric vehicles, drones, wearable electronics, laptops, smartphones and tablets. Building them from M-rGO could lead to improvements in total capacity, charge time and the ability to power more complex and power-hungry devices with smaller batteries, according to the research team.
Soaking up power
Whereas traditional batteries store energy in chemical bonds, supercapacitors are electrochemical capacitors that store energy as separated electric charge on electrode surfaces. They have the advantage of superior energy density — how much energy can be stored in a given space — and power density — how quickly energy can be delivered per unit volume — over traditional batteries.
Until now, however, supercapacitors have been hamstrung by one significant limitation: only a portion of the potential energy storage of the materials from which they were created was available for use.
This limitation comes from graphene's physical makeup. While it has the advantage of allowing for denser electrodes — the solid conductors in a battery where charge is stored — it's very inefficient at using that space. Simply stacking graphene, for instance, is inefficient because the sheets adhere too closely together and don't leave enough space for the ions that need to move in and out to store energy.
To get around this problem, scientists built messy 3D structures similar to sponges, which provide both large amounts of storage area and pathways for ions to move. While lightweight, the downside is that these structures were large and cumbersome.
This breakthrough overcomes that issue by heating the graphene in a two-step process. This results in a tangled, curved graphene network with multiple levels of structure that still allows for the rapid movement of ions while providing lots of surface area for energy storage.
"This discovery could allow us to build fast-charging supercapacitors that store enough energy to replace batteries in many applications, and deliver it far more quickly," said Mainak Majumder, a professor of mechanical and aerospace engineering at Australia's Monash University, in the statement.
Da:
https://www.livescience.com/technology/electronics/graphene-supercapacitor-breakthrough-could-boost-energy-storage-in-future-evs-and-other-household-devices?utm_term=0D44E3E5-72C8-4F2E-A2B4-93C82DC78FB4&lrh=e4e2966485d78112a6060535462dd7377ffa0f1e6368288dc8552dcea7aac778&utm_campaign=368B3745-DDE0-4A69-A2E8-62503D85375D&utm_medium=email&utm_content=4D64A6A8-2B5F-43A3-9D7F-A6D74A611954&utm_source=SmartBrief
Commenti
Posta un commento