I ricercatori della Rice University hanno creato uno stato solido, supercondensatore basato su nanotubi che promette di combinare le migliori qualità di batterie ad alta energia e condensatori a ricarica rapida in un dispositivo adatto ad ambienti estremi.

Un documento dal laboratorio di riso del chimico Robert Hauge, da pubblicare sulla rivista Carbonio , segnalato la creazione di robusti, accumulatore di energia versatile che può essere profondamente integrato nella produzione di dispositivi. I potenziali usi si estendono dai nanocircuiti su chip a intere centrali elettriche.

I condensatori standard che regolano il flusso o forniscono rapide raffiche di energia possono essere scaricati e ricaricati centinaia di migliaia di volte. Condensatori elettrici a doppio strato (EDLC), generalmente noti come supercondensatori, sono ibridi che contengono centinaia di volte più energia di un condensatore standard, come una batteria, pur mantenendo le loro capacità di carica/scarica rapida.

Ma gli EDLC tradizionali si basano su elettroliti liquidi o gelatinosi che possono degradarsi in condizioni molto calde o fredde. Nel supercondensatore di Rice, un solido, Il rivestimento in nanoscala di materiale dielettrico di ossido sostituisce completamente gli elettroliti.

I ricercatori hanno anche sfruttato la scala. La chiave per un'elevata capacità è dare agli elettroni più superficie da abitare, e niente sulla Terra ha più potenziale per impacchettare molta superficie in un piccolo spazio dei nanotubi di carbonio.

Quando cresciuto, i nanotubi si autoassemblano in densi, strutture allineate che assomigliano a microscopici tappeti a pelo lungo. Anche dopo essere stati trasformati in supercondensatori autonomi, ogni fascio di nanotubi è 500 volte più lungo di quanto sia largo. Un minuscolo chip può contenere centinaia di migliaia di fasci.

Per il nuovo dispositivo, il team di Rice ha sviluppato una serie di fasci di 15-20 nanometri di nanotubi di carbonio a parete singola lunghi fino a 50 micron. Hauge, un illustre professore di chimica, ha guidato lo sforzo con gli ex studenti laureati della Rice Cary Pint, primo autore dell'articolo e ora ricercatore presso Intel, e Nicola Nolan, ora ricercatore presso Matric.

L'array è stato quindi trasferito su un elettrodo di rame con sottili strati di oro e titanio per favorire l'adesione e la stabilità elettrica. I fasci di nanotubi (gli elettrodi primari) sono stati drogati con acido solforico per migliorarne le proprietà conduttive; poi sono stati ricoperti con sottili strati di ossido di alluminio (lo strato dielettrico) e ossido di zinco drogato con alluminio (il controelettrodo) attraverso un processo chiamato deposizione dello strato atomico (ALD). Un elettrodo superiore di vernice argentata ha completato il circuito.

"Essenzialmente, ottieni questo metallo/isolante/struttura metallica, " ha detto Pint. "Nessuno ha mai fatto questo con un materiale con proporzioni così elevate e utilizzando un processo come l'ALD."

Hauge ha affermato che il nuovo supercondensatore è stabile e scalabile. "Tutte le soluzioni a stato solido per l'accumulo di energia saranno intimamente integrate in molti dispositivi futuri, compresi display flessibili, bio-impianti, molti tipi di sensori e tutte le applicazioni elettroniche che beneficiano di velocità di carica e scarica elevate, " Egli ha detto.

Pint ha affermato che il supercondensatore mantiene una carica durante il ciclo ad alta frequenza e può essere integrato naturalmente nei materiali. Ha immaginato un corpo di un'auto elettrica che è una batteria, o un microrobot con a bordo, alimentatore non tossico che può essere iniettato per scopi terapeutici nel flusso sanguigno di un paziente.

Pint ha detto che sarebbe l'ideale per l'uso in condizioni estreme vissute dalle celle solari del deserto o dai satelliti, dove anche il peso è un fattore critico. "La sfida per il futuro dei sistemi energetici è integrare le cose in modo più efficiente. Questa architettura a stato solido è all'avanguardia, " Egli ha detto.