Il nostro uso di dispositivi ed elettrodomestici a batteria è in costante aumento, portando con sé il bisogno di sicurezza, efficiente, e generatori ad alte prestazioni. A tal fine, un tipo di dispositivo di accumulo di energia elettrica chiamato supercondensatore ha recentemente iniziato a essere considerato fattibile, e a volte anche meglio, alternativa ai tradizionali dispositivi di accumulo di energia ampiamente utilizzati come le batterie agli ioni di litio. I supercondensatori possono caricarsi e scaricarsi molto più rapidamente delle batterie convenzionali e continuano a farlo anche per molto più tempo. Ciò li rende adatti a una vasta gamma di applicazioni come la frenata rigenerativa nei veicoli, dispositivi elettronici indossabili, e così via. "Se un supercondensatore ad alte prestazioni utilizza un materiale non infiammabile, non tossico, e può essere creato un elettrolita acquoso sicuro, può essere incorporato in dispositivi indossabili e altri dispositivi, contribuendo al boom dell'Internet of Things, "Dottor Takeshi Kondo, chi è lo scienziato capo in un recente studio rivoluzionario nel campo, dice.

Ancora, nonostante il loro potenziale, supercondensatori, attualmente, presentano alcuni inconvenienti che ne impediscono l'uso diffuso. Uno dei problemi principali è che hanno una bassa densità di energia, ovvero immagazzinano energia insufficiente per unità di area del loro spazio. Gli scienziati hanno prima tentato di risolvere questo problema utilizzando solventi organici come elettrolita, il mezzo conduttore, all'interno dei supercondensatori per aumentare la tensione generata (si noti che il quadrato della tensione è direttamente proporzionale alla densità di energia nei dispositivi di accumulo di energia). Ma i solventi organici sono costosi e hanno una bassa conduttività. Così, forse, un elettrolita acquoso sarebbe meglio, pensavano gli scienziati. Così, lo sviluppo di componenti di supercondensatori che sarebbero efficaci con elettroliti acquosi è diventato un argomento di ricerca centrale nel campo.

Nel suddetto recente studio, pubblicato in Rapporti scientifici , Il Dr. Kondo e il gruppo della Tokyo University of Science e della Daicel Corporation in Giappone hanno esplorato la possibilità di utilizzare un nuovo materiale, il nanodiamante drogato con boro, come elettrodo nei supercondensatori:gli elettrodi sono i materiali conduttori in una batteria o condensatore che collegano l'elettrolita con fili esterni, per trasportare la corrente fuori dal sistema. La scelta del materiale degli elettrodi da parte di questo gruppo di ricerca si è basata sulla conoscenza che i diamanti drogati con boro hanno un'ampia finestra di potenziale, una caratteristica che consente a un dispositivo di accumulo ad alta energia di rimanere stabile nel tempo. "Pensavamo che i supercondensatori a base d'acqua che producono una grande tensione potrebbero essere realizzati se il diamante conduttivo viene utilizzato come materiale per gli elettrodi, " dice il dottor Kondo.

Gli scienziati hanno usato una tecnica chiamata deposizione chimica da vapore assistita da plasma a microonde, MPCVD, per fabbricare questi elettrodi e ne ha esaminato le prestazioni testandone le proprietà. Hanno scoperto che in un sistema basico a due elettrodi con un elettrolita acquoso di acido solforico, questi elettrodi producevano una tensione molto più alta rispetto alle celle convenzionali, con conseguente energia e densità di potenza molto più elevate per il supercondensatore. Ulteriore, hanno visto che anche dopo le 10, 000 cicli di carica e scarica, l'elettrodo è rimasto molto stabile. Il nanodiamante drogato con boro aveva dimostrato il suo valore.

Armati di questo successo, gli scienziati si sono quindi azzardati a esplorare se questo materiale per elettrodi avrebbe mostrato gli stessi risultati se l'elettrolita fosse cambiato in una soluzione satura di perclorato di sodio, che è noto per consentire la produzione di una tensione superiore a quella possibile con l'elettrolita convenzionale di acido solforico. Infatti, la già alta tensione generata si è notevolmente ampliata in questa configurazione. Così, come ha detto il dottor Kondo, "gli elettrodi di nanodiamante drogati con boro sono utili per i supercondensatori acquosi, che funzionano come dispositivi di accumulo ad alta energia adatti per la carica e la scarica ad alta velocità."

Sembra che i diamanti potrebbero guidare le nostre vite elettroniche e fisiche nel prossimo futuro.