rancesco Bonaccorso. Credito:A. Abrusci, Istituto Italiano di Tecnologia@IIT
Il grafene ha molte potenziali applicazioni, tra questi la produzione di energia, conversione e conservazione. Il grafene – un singolo strato di atomi di carbonio – e i relativi cristalli bidimensionali combinano un'elevata conduttività elettrica con flessibilità fisica e un enorme rapporto superficie/peso. Tali qualità li rendono adatti per immagazzinare carica elettrica in batterie e supercondensatori, e come catalizzatori negli elettrodi solari e delle celle a combustibile.
Numerose applicazioni energetiche per i cristalli 2D sono in fase di sviluppo in tutto il mondo, e la Graphene Flagship europea ha investito risorse significative in questo settore. Ora, in un articolo per la rivista Scienza , scienziati di punta, insieme a colleghi negli Stati Uniti e in Corea, forniscono un'ampia revisione del potenziale del grafene e dei materiali correlati nel settore energetico. Gli autori sperano che la loro revisione aiuterà i ricercatori dell'industria e del mondo accademico a identificare i percorsi migliori verso applicazioni di successo a beneficio della società nel suo insieme.
I ricercatori – guidati dal fisico Francesco Bonaccorso, che ha sede presso i Graphene Labs dell'Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, ed è un Newton Fellow della Royal Society presso il Cambridge Graphene Center – notare i sostanziali progressi compiuti nella preparazione del materiale a livello di laboratorio. Evidenziano anche la sfida di produrre i materiali su scala industriale in modo conveniente.
Grafene, il più noto delle centinaia di cristalli bidimensionali studiati fino ad oggi, ha un rapporto superficie-massa molto elevato. Con circa 2, 600 mq per ogni grammo, il grafene è tutta superficie e niente volume, ed è questa natura 2D che dà al grafene il suo unico potere elettrico, proprietà termiche e meccaniche.
Nell'articolo di recensione, i ricercatori esaminano i progressi compiuti finora e guardano avanti al potenziale futuro dei cristalli 2D in:
I ricercatori concludono che il grafene e i relativi cristalli bidimensionali potrebbero svolgere un ruolo importante nelle future tecnologie di conversione e stoccaggio dell'energia. Questa è un'area attiva di ricerca e sviluppo per i partner Flagship Graphene, sia accademico che industriale.
"L'enorme interesse per i cristalli bidimensionali per applicazioni energetiche deriva sia dalle loro proprietà fisico-chimiche, e la possibilità di produrli e lavorarli in grandi quantità, in modo conveniente, "dice Bonaccorso.
"In tale contesto, lo sviluppo di inchiostri funzionali basati su cristalli bidimensionali è la porta per la realizzazione di elettrodi di nuova generazione nei dispositivi di accumulo e conversione dell'energia." Bonaccorso aggiunge che la sfida da affrontare è dimostrare una tecnologia dirompente in cui i materiali bidimensionali non solo sostituiscono elettrodi tradizionali, ma soprattutto consentire la progettazione di concetti di dispositivi completamente nuovi.
Il coautore della recensione Andrea Ferrari, che presiede l'Executive Board della Graphene Flagship, ed è direttore del Cambridge Graphene Centre, offre una visione sobriamente ottimistica del potenziale del grafene in quest'area:"Il grafene e i materiali correlati hanno grandi promesse in queste aree, e la Graphene Flagship ha identificato le applicazioni energetiche come un'area chiave di investimento.
"Ci auguriamo che la nostra panoramica critica guidi i ricercatori nel mondo accademico e industriale nell'identificare percorsi ottimali verso le applicazioni e l'implementazione, con un eventuale beneficio per la società nel suo insieme".
