Professor Jie Tang, Capogruppo del gruppo di ricerca sui nanomateriali 1D dell'unità di elaborazione dei materiali, Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, e il signor Qian Cheng, un dottorando e ricercatore NIMS Junior nello stesso gruppo, sono riusciti ad aumentare drasticamente la densità di energia dei supercondensatori, che servono per immagazzinare energia elettrica.
Professor Jie Tang, Capogruppo del gruppo di ricerca sui nanomateriali 1D dell'unità di elaborazione dei materiali, Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, e il signor Qian Cheng, un dottorando e ricercatore NIMS Junior nello stesso gruppo, sono riusciti ad aumentare drasticamente la densità di energia dei supercondensatori, che servono per immagazzinare energia elettrica. Ciò è stato realizzato sviluppando un nuovo elettrodo in cui i nanofogli di grafene sono impilati in una struttura a strati con nanotubi di carbonio inseriti tra gli strati di grafene.
Varie nuove batterie, come le batterie all'idruro metallico di nichel, sono attualmente in fase di sviluppo con l'obiettivo di ottenere una maggiore efficienza e un maggiore accumulo di energia per le alimentazioni elettriche. Rispetto alle batterie, i condensatori hanno una maggiore densità di potenza in uscita per consentire una ricarica rapida, eccellente durata per consentire operazioni a temperature estreme sia superiori che inferiori, migliore ciclicità per ricariche ripetute per un lungo periodo, e sono anche più sicuri. Però, è stata una grande sfida tecnica realizzare un'elevata densità di energia a causa della capacità specifica relativamente bassa dei dispositivi a condensatore convenzionali.
Al fine di ottenere un rivoluzionario aumento della densità di accumulo di energia, Il professor Tang e il suo team, in collaborazione con il professor Lu-Chang Qin dell'Università del North Carolina a Chapel Hill negli Stati Uniti, hanno progettato e sviluppato una struttura composita a base di grafene, in cui il grafene viene utilizzato come materiale di base degli elettrodi del condensatore e vengono inseriti nanotubi di carbonio (CNT) tra i fogli di grafene. In questa struttura il grafene offre una superficie specifica molto più ampia (2630 m 2 /g) rispetto ai materiali convenzionali e i CNT fungono da spaziatori oltre che da percorsi conduttori per consentire l'adsorbimento di una maggiore quantità di ioni elettroliti sulla superficie del grafene. Con questo composto grafene-CNT come elettrodi del condensatore, Il professor Tang ha ottenuto un'elevata densità di energia di 62,8 Wh/kg e una densità di potenza di uscita di 58,5 kW/kg utilizzando elettrolita organico. Utilizzando un liquido ionico come elettrolita, hanno raggiunto una densità energetica di 155,6 Wh/kg, che è paragonabile a quello delle batterie all'idruro metallico di nichel.
Tra le tante applicazioni industriali dei condensatori, i nuovi condensatori sviluppati in questa offerta di ricerca promettono come fonti di alimentazione per veicoli elettrici e ibridi, che richiedono un'elevata densità di energia. Poiché anche gli attuali processi di produzione sono economici e possono essere scalati, grandi aspettative sono riposte sulle applicazioni pratiche.
