Combinando i poteri di due strutture di carbonio dello spessore di un singolo atomo, i ricercatori del laboratorio di micropropulsione e nanotecnologia della George Washington University hanno creato un nuovo ultracondensatore che è sia ad alte prestazioni che a basso costo.

Il dispositivo, descritto nel Rivista di fisica applicata , sfrutta la sinergia apportata dalla miscelazione di fiocchi di grafene con nanotubi di carbonio a parete singola, due nanostrutture di carbonio con proprietà complementari.

Gli ultracondensatori sono dispositivi di accumulo di energia truccati che contengono elevate quantità di energia e possono anche rilasciare rapidamente quell'energia in un'ondata di potenza. Combinando le proprietà di alta densità di energia delle batterie con le proprietà di alta densità di potenza dei condensatori convenzionali, gli ultracondensatori possono aumentare le prestazioni dei veicoli elettrici, elettronica portatile, sistemi audio e altro ancora.

I nanotubi di carbonio a parete singola e il grafene hanno entrambi un'elettronica unica ed eccellente, termico, e proprietà meccaniche che li rendono materiali attraenti per la progettazione di nuovi ultracondensatori, disse Jian Li, primo autore sulla carta. Molti gruppi avevano esplorato l'uso dei due materiali separatamente, ma pochi avevano pensato di combinarli, Egli ha detto.

"Nel nostro laboratorio abbiamo sviluppato un approccio attraverso il quale possiamo ottenere sia nanotubi di carbonio a parete singola che grafene, quindi abbiamo avuto l'idea di sfruttare insieme i due promettenti nanomateriali di carbonio, " ha aggiunto Michael Keidar, un professore nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Scuola di Ingegneria e Scienze Applicate di GW, e direttore del Laboratorio di Micropropulsione e Nanotecnologie.

I ricercatori hanno sintetizzato i fiocchi ei nanotubi di grafene vaporizzando un'asta di grafite cava riempita con polvere di catalizzatore metallico con un arco elettrico. Hanno quindi mescolato le due nanostrutture insieme per formare un inchiostro che hanno arrotolato su carta, un comune separatore per gli attuali condensatori commerciali.

La capacità specifica del dispositivo combinato, una misura delle prestazioni di un condensatore per unità di peso, era tre volte superiore alla capacità specifica di un dispositivo costituito da soli nanotubi di carbonio.

Il vantaggio della struttura ibrida, Li ha spiegato, è che i fiocchi di grafene forniscono un'elevata area superficiale e una buona conduttività nel piano, mentre i nanotubi di carbonio collegano tutte le strutture per formare una rete uniforme.

Mentre anche altri tipi di ultracondensatori hanno raggiunto l'elevata capacità specifica dell'ibrido grafene/nanotubi, dicono i ricercatori, il vantaggio principale dell'approccio combinato sono i suoi bassi costi, poiché il team ha sviluppato un modo semplice per produrre grandi quantità della miscela desiderabile di nanostrutture di carbonio.

L'ultracondensatore ibrido è anche piccolo e leggero, un vantaggio in quanto i dispositivi elettronici diventano sempre più piccoli.