(PhysOrg.com) -- Gli scienziati sanno che l'uso di supercondensatori in combinazione con le batterie potrebbe aumentare notevolmente il risparmio di carburante dei veicoli elettrici ibridi (HEV) a causa del fatto che i supercondensatori possono recuperare e fornire energia molto più rapidamente delle batterie. Questa capacità, Per esempio, permette a un supercondensatore di recuperare tutta l'energia durante le frenate brusche, mentre una batteria consentirebbe di sprecare l'energia nella frenata per attrito a causa della sua incapacità di raccogliere rapidamente energia.

“Le batterie non possono raccogliere o fornire rapidamente energia, "Rajesh Rajamani, professore di ingegneria meccanica all'Università del Minnesota, detto PhysOrg.com . “Quando un veicolo deve frenare velocemente, i freni ad attrito devono essere utilizzati in aggiunta ai freni elettromagnetici, perché i freni elettromagnetici non possono caricare una batteria abbastanza velocemente da decelerare il veicolo con la rapidità desiderata dal conducente. A differenza delle batterie, un supercondensatore può raccogliere e fornire energia molto rapidamente.

Però, una delle maggiori sfide che i ricercatori devono affrontare nell'implementare i supercondensatori negli HEV è trovare un posto sotto il cofano per adattarsi ai dispositivi ingombranti. Parte del motivo per cui i supercondensatori sono ingombranti è che spesso utilizzano un elettrolita liquido pericoloso che deve essere sigillato e alloggiato, e questi materiali protettivi aggiungono peso e volume ai dispositivi.

Per evitare questo problema, Rajamani e i suoi colleghi Shan Hu dell'Università del Minnesota e Xun Yu dell'Università del North Texas hanno progettato un supercondensatore completamente a stato solido, compreso un elettrolita allo stato solido che non richiede materiali protettivi ingombranti. Il nuovo supercondensatore si comporta in modo competitivo con i supercondensatori commerciali, eppure è abbastanza sottile e flessibile da poter essere inserito quasi ovunque in un HEV, eventualmente anche montato sulle superfici interne della carrozzeria del veicolo. I ricercatori hanno pubblicato il loro studio sul flessibile, supercondensatori allo stato solido in un recente numero di Lettere di fisica applicata .

“Gli HEV oggi sul mercato non hanno supercondensatori, Rajamani ha detto. “Diversi gruppi di ricerca hanno lavorato sull'uso di supercondensatori insieme alle batterie negli HEV per fornire un migliore risparmio di carburante e una risposta più rapida del veicolo. La nostra ricerca fornisce loro un nuovo supercondensatore che è flessibile e allo stato solido e non richiede spazio nel cofano o nel bagagliaio”.

Il nuovo supercondensatore a stato solido è costituito da carta di cotone rivestita di nanotubi di carbonio a parete singola come elettrodi e un polimero solido come elettrolita. Per gli elettrodi, i ricercatori hanno utilizzato la carta di cotone che viene normalmente utilizzata per le maschere cosmetiche facciali, poiché è più leggera e assorbente della carta da stampa. Dopo aver tagliato la carta di cotone nella forma desiderata, i ricercatori hanno ripetutamente immerso la carta in una soluzione di nanotubi trattati con acido, che si legava fortemente alla carta.

Per l'elettrolita, i ricercatori hanno mescolato e riscaldato una soluzione polimerica che originariamente sembrava una soluzione trasparente, gel simile alla colla. Ma dopo aver immerso gli elettrodi finiti nel gel, montando gli elettrodi faccia a faccia e lasciando asciugare il tutto, l'acqua in eccesso evapora e l'elettrolita si solidifica.

“Il più grande significato del nostro lavoro è che ha portato a un supercondensatore flessibile e allo stato solido, Rajamani ha detto. “Altri ricercatori hanno precedentemente utilizzato nanotubi di carbonio negli elettrodi per i supercaps. Però, i loro supercap utilizzavano anche elettroliti liquidi e quindi non erano né completamente allo stato solido né flessibili”.

Nei test, il supercondensatore potrebbe essere caricato a più di 3 volt, che è vantaggioso per ottenere un'elevata densità di energia, o consentendo di immagazzinare più energia in un dato volume. Le altre specifiche del supercondensatore – una capacità specifica di 13,15 F/ge un'energia specifica di 5,54 Wh/kg – sono molto simili ai valori dei supercondensatori commerciali. Più, la sua flessibilità gli permette di essere piegato per un facile inserimento in piccoli spazi, che potrebbe renderlo utile per l'elettronica portatile e per gli HEV.

Il più grande svantaggio del nuovo supercondensatore è la sua elevata resistenza, che si traduce in una bassa densità di potenza complessiva e quindi una bassa velocità di ricarica. I ricercatori pensano che il motivo dell'elevata resistenza sia dovuto agli elettrodi di carta-nanotubi, che hanno una resistenza maggiore rispetto agli elettrodi metallici. Però, prevedono che rivestire la carta di cotone con una soluzione di nanotubi a densità più elevata può ridurre la resistenza, e hanno in programma di lavorare di più su questo problema in futuro.

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