(Phys.org) — Il grafene, il materiale più sottile al mondo isolato presso l'Università di Manchester, potrebbe rendere leggere le batterie, durevole e adatto per lo stoccaggio di energia ad alta capacità da generazione rinnovabile.

Manchester è la patria del grafene, poiché l'allotropo di carbonio "bidimensionale" dello spessore di un atomo è stato isolato per la prima volta qui nel 2004. L'Università di Manchester è una centrale elettrica per la ricerca applicata e fondamentale sul grafene, con il National Graphene Institute in testa.

Il grafene promette una rivoluzione nell'ingegneria elettrica e chimica. È un potente conduttore, estremamente leggero, chimicamente inerte e flessibile con un'ampia superficie. Potrebbe essere il candidato perfetto per lo stoccaggio di energia ad alta capacità.

Subito dopo l'isolamento del grafene, le prime ricerche hanno già dimostrato che le batterie al litio con grafene nei loro elettrodi avevano una capacità e una durata maggiori rispetto ai modelli standard.

Un nuovo progetto "Electrochemical Energy Storage with Graphene-Enabled Materials" sta esplorando diversi modi per ridurre le dimensioni e il peso delle batterie e prolungarne la durata aggiungendo il grafene come materiale componente.

"Ma prima di costruire le batterie dobbiamo sapere come il grafene interagirà con i componenti chimici, in particolare gli elettroliti, " commenta il professor Andrew Forsyth della School of Electronics and Electrical Engineering.

Il suo collega, il professor Robert Dryfe della School of Chemistry, esegue esperimenti per analizzare le interazioni chimiche tra grafene e ioni di litio. Il professor Dryfe sta anche esplorando la velocità con cui gli elettroni vengono trasferiti attraverso il grafene e l'entità della capacità, la quantità di energia elettrica che può essere immagazzinata sulle superfici del grafene.

Gli accademici stanno lavorando con una serie di partner commerciali, tra cui Rolls-Royce, Materiali avanzati Sharp e Morgan. La partnership commerciale è fondamentale per lo sviluppo delle future applicazioni del grafene. Graphene@Manchester sta attualmente lavorando con più di 30 aziende di tutto il mondo su progetti di ricerca e applicazioni.

Un altro obiettivo del progetto sono i supercondensatori a base di grafene, che tendono ad avere un'elevata capacità di potenza e una durata del ciclo più lunga rispetto alle batterie, ma minore capacità di accumulo di energia. Tuttavia, sono molto promettenti per integrare le batterie come parte di una soluzione di archiviazione integrata.

Secondo il professor Forsyth una combinazione di batterie al grafene e supercondensatori potrebbe dare una forte spinta alle vendite di auto elettriche. Oggi questi veicoli ecologici funzionano con batterie che pesano 200 kg, fino a tre passeggeri. Riducendo il peso delle batterie, il grafene dovrebbe aumentare l'efficienza del veicolo e aumentare l'autonomia di guida delle auto elettriche oltre i 100 km, una limitazione che attualmente impedisce il loro diffuso utilizzo.

"Se possiamo estendere le distanze che le auto possono percorrere tra i punti di ricarica, le renderemo immediatamente più popolari, " Afferma il professor Forsyth. "Ma come faranno le batterie a far fronte alle sollecitazioni della guida nella vita reale? Le auto elettriche, come tutti gli altri veicoli, non si guidano in modo fluido. Picchi drammatici nella domanda di energia mentre i conducenti accelerano stresseranno la batteria e ne limiteranno potenzialmente la durata".

Per verificare se i prototipi di batterie al grafene e supercondensatori sono all'altezza del lavoro, Il professor Forsyth li esporrà a stress del mondo reale che imitano diversi profili di guida. "Possiamo persino testare la tecnologia per la guida in condizioni meteorologiche estreme, " ha aggiunto. "Molte batterie fanno fatica a funzionare in condizioni di freddo, ma la nostra camera meteorologica rivelerà eventuali punti deboli."

Certo, lo stoccaggio a base di grafene non si limita al trasporto. Potrebbe svolgere un ruolo importante nel futuro della rete nazionale poiché la Gran Bretagna diventa sempre più dipendente dalle energie rinnovabili. "Se ci affidiamo all'energia solare ed eolica per produrre energia, cosa accadrà quando le nuvole bloccheranno il sole e il vento sarà solo una brezza?", chiede il professor Forsyth. "Se potessimo sviluppare accumulatori elettrici ad alta capacità, gli operatori potranno immagazzinare energia elettrica per periodi di bassa generazione."

Nel campus di Manchester è in corso l'installazione di un sistema di batterie e convertitori su scala di rete per testare l'accumulo elettrico su larga scala. I ricercatori utilizzeranno il sistema di batterie per sviluppare metodi per controllare il flusso di elettricità e riconciliare le differenze tra la produzione di energia e la domanda locale.