Un team di ricerca guidato dalla Tohoku University in Giappone ha sviluppato nuovi materiali per supercondensatori con una tensione più elevata e una migliore stabilità rispetto ad altri materiali. La loro ricerca è stata recentemente pubblicata sulla rivista Scienze energetiche e ambientali .

I supercondensatori sono dispositivi di accumulo di energia ricaricabili con un'ampia gamma di applicazioni, dai macchinari ai contatori intelligenti. Offrono molti vantaggi rispetto alle batterie, inclusa una ricarica più rapida e una durata maggiore, ma non sono così bravi a immagazzinare molta energia.

Gli scienziati hanno cercato a lungo materiali ad alte prestazioni per supercondensatori in grado di soddisfare i requisiti per applicazioni ad alta intensità energetica come le automobili. "È molto difficile trovare materiali che possano funzionare ad alta tensione e rimanere stabili in condizioni difficili, "dice Hirotomo Nishihara, scienziato dei materiali presso la Tohoku University e coautore del documento.

Nishihara e i suoi colleghi hanno collaborato con la società di produzione di supercondensatori TOC Capacitor Co. per sviluppare un nuovo materiale che mostra una stabilità straordinariamente elevata in condizioni di alta tensione e alta temperatura.

I carboni attivi sono utilizzati per gli elettrodi nei condensatori, ma questi sono limitati dalla bassa tensione nelle singole celle, gli elementi costitutivi dei condensatori. Ciò significa che è necessario impilare insieme un numero elevato di celle per ottenere la tensione richiesta. In modo cruciale, il nuovo materiale ha una tensione singola più alta, riducendo il numero di impilamenti e consentendo ai dispositivi di essere più compatti.

Il nuovo materiale è un foglio costituito da un'intelaiatura tridimensionale continua di mesospugna di grafene, un materiale a base di carbonio contenente pori su scala nanometrica. Una caratteristica fondamentale dei materiali è che è senza cuciture:contiene un numero molto piccolo di bordi in carbonio, i siti in cui si originano le reazioni di corrosione, e questo lo rende estremamente stabile.

I ricercatori hanno studiato le proprietà fisiche del loro nuovo materiale utilizzando la microscopia elettronica e una serie di test fisici, comprese le tecniche di diffrazione dei raggi X e spettroscopia vibrazionale. Hanno anche testato materiali commerciali a base di grafene, compresi i nanotubi di carbonio a parete singola, ossidi di grafene ridotti, e grafene 3-D, utilizzando i carboni attivi come parametro di confronto.

Hanno dimostrato che il materiale aveva un'eccellente stabilità alle alte temperature di 60 °C e all'alta tensione di 3,5 volt in un elettrolita organico convenzionale. In modo significativo, ha mostrato un'elevatissima stabilità a 25 ° C e 4,4 volt, 2,7 volte superiore rispetto ai carboni attivi convenzionali e ad altri materiali a base di grafene. "Questo è un record mondiale per la stabilità di tensione dei materiali di carbonio in un supercondensatore simmetrico, "dice Nishihara.

Il nuovo materiale apre la strada allo sviluppo di prodotti altamente durevoli, supercondensatori ad alta tensione che potrebbero essere utilizzati per molte applicazioni, compresi i veicoli a motore.