Immagina se il tuo laptop o telefono guasto potesse caricarsi in un minuto o se un'auto elettrica potesse essere completamente carica in 10 minuti.
Anche se non è ancora possibile, una nuova ricerca condotta da un team di scienziati della CU Boulder potrebbe potenzialmente portare a tali progressi.
Pubblicato oggi negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , i ricercatori del laboratorio di Ankur Gupta hanno scoperto come minuscole particelle cariche, chiamate ioni, si muovono all'interno di una complessa rete di minuscoli pori. La svolta potrebbe portare allo sviluppo di dispositivi di stoccaggio dell'energia più efficienti, come i supercondensatori, ha affermato Gupta, assistente professore di ingegneria chimica e biologica.
"Considerato il ruolo fondamentale dell'energia nel futuro del pianeta, mi sono sentito ispirato ad applicare le mie conoscenze di ingegneria chimica al progresso dei dispositivi di stoccaggio dell'energia", ha affermato Gupta. "Sembrava che l'argomento fosse un po' sottoesplorato e, come tale, fosse l'occasione perfetta."
Gupta ha spiegato che diverse tecniche di ingegneria chimica vengono utilizzate per studiare il flusso in materiali porosi come i serbatoi di petrolio e la filtrazione dell'acqua, ma non sono state pienamente utilizzate in alcuni sistemi di stoccaggio dell'energia.
La scoperta è significativa non solo per immagazzinare energia nei veicoli e nei dispositivi elettronici, ma anche per le reti elettriche, dove la fluttuazione della domanda di energia richiede uno stoccaggio efficiente per evitare sprechi durante i periodi di bassa domanda e per garantire una fornitura rapida durante i periodi di domanda elevata.
I supercondensatori, dispositivi di accumulo dell'energia che si basano sull'accumulo di ioni nei pori, hanno tempi di ricarica rapidi e una durata maggiore rispetto alle batterie.
"L'attrattiva principale dei supercondensatori risiede nella loro velocità", ha affermato Gupta. "Allora come possiamo velocizzare la carica e il rilascio di energia? Attraverso un movimento più efficiente degli ioni."
Le loro scoperte modificano la legge di Kirchhoff, che governa il flusso di corrente nei circuiti elettrici dal 1845 ed è un punto fermo nelle lezioni di scienze degli studenti delle scuole superiori. A differenza degli elettroni, gli ioni si muovono a causa sia dei campi elettrici che della diffusione, e i ricercatori hanno stabilito che i loro movimenti alle intersezioni dei pori sono diversi da quanto descritto nella legge di Kirchhoff.
Prima dello studio, i movimenti ionici erano descritti in letteratura solo in un poro diritto. Attraverso questa ricerca, il movimento degli ioni in una rete complessa di migliaia di pori interconnessi può essere simulato e previsto in pochi minuti.
"Questo è il salto del lavoro", ha detto Gupta. "Abbiamo trovato l'anello mancante."
