I ricercatori della North Carolina State University hanno scoperto che un materiale che incorpora strati d'acqua atomicamente sottili è in grado di immagazzinare e fornire energia molto più rapidamente dello stesso materiale che non include strati d'acqua. La scoperta solleva alcune domande interessanti sul comportamento dei liquidi quando sono confinati a questa scala e promette di dare forma alle future tecnologie di stoccaggio dell'energia.

"Questa è una prova del concetto, ma l'idea di usare acqua o altri solventi per "sintonizzare" il trasporto di ioni in un materiale stratificato è molto eccitante, "dice Veronica Augustyn, un assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State e corrispondente autore di un documento che descrive il lavoro. "L'idea fondamentale è che questo potrebbe consentire di immagazzinare una maggiore quantità di energia per unità di volume, diffusione più rapida degli ioni attraverso il materiale, e trasferimento di carica più veloce.

"Ancora, questo è solo un primo passo, ma questa linea di indagine alla fine potrebbe portare a cose come batterie più sottili, stoccaggio più veloce per reti elettriche basate su fonti rinnovabili, o accelerazione più rapida nei veicoli elettrici, "dice Augustin.

"L'obiettivo di molti ricercatori nel campo dell'immagazzinamento dell'energia è creare tecnologie che abbiano l'elevata densità di energia delle batterie e l'elevata potenza dei condensatori, "dice James Mitchell, un dottorato di ricerca studente presso NC State e autore principale del documento. "Pseudocondensatori come quello di cui discutiamo nel documento possono consentirci di sviluppare tecnologie che colmano questo divario".

Per questo lavoro, i ricercatori hanno confrontato due materiali:un ossido di tungsteno cristallino e uno stratificato, ossido di tungsteno cristallino idrato - che consiste in strati di ossido di tungsteno cristallino separati da strati d'acqua atomicamente sottili.

Quando si caricano i due materiali per 10 minuti, i ricercatori hanno scoperto che il normale ossido di tungsteno immagazzinava più energia dell'idrato. Ma quando il periodo di ricarica era di soli 12 secondi, l'idrato immagazzinava più energia rispetto al materiale normale. Una cosa che è intrigante, dicono i ricercatori, è che l'idrato immagazzina energia in modo più efficiente, sprecando meno energia sotto forma di calore.

"Incorporare questi strati di solventi potrebbe essere una nuova strategia per dispositivi di accumulo di energia ad alta potenza che utilizzano materiali a strati, " dice Augustyn. "Pensiamo che lo strato d'acqua agisca come un percorso che facilita il trasferimento di ioni attraverso il materiale.

"Ora stiamo andando avanti con il lavoro finanziato dalla National Science Foundation su come mettere a punto questo cosiddetto 'intercalare, ' che, si spera, migliorerà la nostra comprensione di questi materiali e ci avvicinerà ai dispositivi di accumulo di energia di prossima generazione".

La carta, "Transizione dalla batteria al comportamento dello pseudocondensatore tramite l'acqua strutturale nell'ossido di tungsteno, " è pubblicato sulla rivista Chimica dei materiali .