Facendo un passo significativo verso il miglioramento dell'erogazione di potenza dei sistemi che vanno dalle reti elettriche urbane alla frenata rigenerativa nei veicoli ibridi, i ricercatori dell'UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science hanno sintetizzato un materiale che mostra un'elevata capacità sia di immagazzinamento rapido che di rilascio di energia.

In un articolo pubblicato il 14 aprile sulla rivista peer-reviewed Materiali della natura , un team guidato dal professore di scienza dei materiali e ingegneria Bruce Dunn definisce le caratteristiche di una forma sintetizzata di ossido di niobio, un composto basato su un elemento utilizzato nell'acciaio inossidabile, con una grande capacità di immagazzinare energia. Il materiale verrebbe utilizzato in un "supercondensatore, " un dispositivo che unisce l'elevata capacità di accumulo delle batterie agli ioni di litio e la rapida capacità di erogazione di energia dei comuni condensatori.

I ricercatori dell'UCLA hanno affermato che lo sviluppo potrebbe portare a una ricarica estremamente rapida dei dispositivi, che vanno in applicazioni dall'elettronica mobile alle apparecchiature industriali. Per esempio, i supercondensatori sono attualmente utilizzati nei sistemi di cattura dell'energia che aiutano ad alimentare le gru di carico nei porti, ridurre l'uso di idrocarburi come il diesel.

"Con questo lavoro, stiamo confondendo i confini tra ciò che è una batteria e ciò che è un supercondensatore, " disse Veronica Augustyn, uno studente laureato in scienze dei materiali presso l'UCLA e autore principale dell'articolo. "La scoperta prende gli svantaggi dei condensatori e gli svantaggi delle batterie e li elimina".

Le batterie immagazzinano efficacemente energia ma non forniscono energia in modo efficiente perché i vettori carichi, o ioni, muoversi lentamente attraverso il materiale solido della batteria. condensatori, che immagazzinano energia sulla superficie di un materiale, generalmente hanno capacità di archiviazione basse.

I ricercatori del team di Dunn hanno sintetizzato un tipo di ossido di niobio che dimostra una notevole capacità di stoccaggio attraverso "la pseudocapacità di intercalazione, " in cui gli ioni si depositano nella massa dell'ossido di niobio nello stesso modo in cui i granelli di sabbia possono essere depositati tra i ciottoli.

Di conseguenza, elettrodi spessi fino a 40 micron, circa la stessa larghezza di molti componenti di batterie commerciali, possono immagazzinare e fornire rapidamente energia sulle stesse scale temporali degli elettrodi più di 100 volte più sottili.

Dunn sottolinea che sebbene gli elettrodi siano un primo passo importante, "Sarà necessaria un'ulteriore ingegneria su scala nanometrica e oltre per ottenere dispositivi pratici con un'elevata densità di energia in grado di caricarsi in meno di un minuto".