Mentre la canapa ritorna negli Stati Uniti dopo un divieto decennale alla sua coltivazione, gli scienziati riferiscono che le fibre della pianta possono racchiudere tanta energia e potenza quanto il grafene, a lungo pubblicizzato come il materiale modello per i supercondensatori. Presentano le loro ricerche, su cui una start-up canadese sta lavorando per ampliare, al 248th National Meeting &Exposition dell'American Chemical Society (ACS).

David Mitlin, dottorato di ricerca, spiega che i supercondensatori sono dispositivi di accumulo di energia che hanno un enorme potenziale per trasformare il modo in cui l'elettronica del futuro viene alimentata. A differenza delle odierne batterie ricaricabili, che assorbono energia per diverse ore, i supercondensatori possono caricarsi e scaricarsi in pochi secondi. Ma normalmente non possono immagazzinare tanta energia quanto le batterie, una proprietà importante nota come densità di energia. Un approccio che i ricercatori stanno adottando per aumentare la densità energetica dei supercondensatori consiste nel progettare elettrodi migliori. Il team di Mitlin ha scoperto come ricavarli da alcune fibre di canapa e possono contenere tanta energia quanto l'attuale principale contendente:il grafene.

"Le prestazioni elettrochimiche del nostro dispositivo sono pari o superiori a quelle dei dispositivi a base di grafene, " dice Mitlin. "Il vantaggio principale è che i nostri elettrodi sono realizzati con rifiuti organici utilizzando un processo semplice, e quindi, sono molto più economici del grafene."

La corsa verso il supercondensatore ideale si è in gran parte concentrata sul grafene, un forte, materiale leggero costituito da strati di carbonio dello spessore di un atomo, che quando impilati, possono essere trasformati in elettrodi. Gli scienziati stanno studiando come sfruttare le proprietà uniche del grafene per costruire celle solari migliori, sistemi di filtrazione dell'acqua, tecnologia touch-screen, così come batterie e supercondensatori. Il problema è che è costoso.

Il gruppo di Mitlin ha deciso di vedere se potevano produrre carboni simili al grafene dalle fibre di canapa. Le fibre provengono dalla corteccia interna della pianta e spesso vengono scartate dalle industrie canadesi in rapida crescita che utilizzano la canapa per l'abbigliamento, materiali da costruzione e altri prodotti. Gli Stati Uniti potrebbero presto diventare un altro fornitore di bast. Ora consente una coltivazione limitata di canapa, che a differenza del suo stretto cugino, non induce alti.

Gli scienziati avevano a lungo sospettato che ci fosse più valore per la canapa:si trattava solo di trovare il modo giusto per elaborare il materiale.

"Abbiamo praticamente scoperto la salsa segreta di esso, "dice Mitlin, che ora è alla Clarkson University di New York. "Il trucco è capire veramente la struttura di un materiale di partenza e mettere a punto il modo in cui viene elaborato per darti quelle che giustamente si chiamerebbero proprietà sorprendenti".

Il suo team ha scoperto che se riscaldavano le fibre per 24 ore a poco più di 350 gradi Fahrenheit, e poi ha fatto saltare il materiale risultante con un calore più intenso, si esfoglierebbe in nanofogli di carbonio.

Il team di Mitlin ha costruito i loro supercondensatori utilizzando i carboni derivati ​​dalla canapa come elettrodi e un liquido ionico come elettrolita. completamente assemblato, i dispositivi si sono comportati molto meglio dei supercondensatori commerciali sia nella densità di energia che nell'intervallo di temperature su cui possono funzionare. I dispositivi a base di canapa hanno prodotto densità di energia fino a 12 wattora per chilogrammo, da due a tre volte superiore alle controparti commerciali. Funzionano anche in un impressionante intervallo di temperature, dal congelamento a più di 200 gradi Fahrenheit.

"Abbiamo superato la fase di prova del principio per il supercondensatore completamente funzionante, " dice. "Ora ci stiamo attrezzando per la produzione su piccola scala".