I chimici e gli ingegneri dell'Oregon State University hanno scoperto un nuovo modo affascinante per prendere parte dell'anidride carbonica atmosferica che sta causando l'effetto serra e usarla per creare un materiale di alto valore da utilizzare nei prodotti per l'accumulo di energia.

Questa innovazione nella nanotecnologia non assorbirà abbastanza carbonio per risolvere il riscaldamento globale, dicono i ricercatori. Però, fornirà un ambiente rispettoso, modo a basso costo per produrre grafene nanoporoso da utilizzare in "supercondensatori", dispositivi in ​​grado di immagazzinare energia e rilasciarla rapidamente.

Tali dispositivi sono utilizzati in tutto, dall'industria pesante all'elettronica di consumo.

I risultati sono stati appena pubblicati in Nano energia dagli scienziati dell'OSU College of Science, OSU College of Engineering, Laboratorio Nazionale Argonne, la University of South Florida e il National Energy Technology Laboratory di Albany, Ore. Il lavoro è stato sostenuto da OSU.

Nella reazione chimica che si è sviluppata, il risultato finale è grafene nanoporoso, una forma di carbonio ordinata nella sua struttura atomica e cristallina. Ha un'enorme superficie specifica di circa 1, 900 mq per grammo di materiale. A causa di ciò, ha una conducibilità elettrica almeno 10 volte superiore al carbone attivo ora utilizzato per realizzare supercondensatori commerciali.

"Ci sono altri modi per fabbricare grafene nanoporoso, ma questo approccio è più veloce, ha poco impatto ambientale e costa meno, " disse Xiulei (David) Ji, un assistente professore di chimica dell'OSU presso l'OSU College of Science e autore principale dello studio. "Il prodotto presenta un'elevata superficie, grande conducibilità e, più importante, ha una densità abbastanza elevata paragonabile ai carboni attivi commerciali.

"E la fonte di carbonio è l'anidride carbonica, che è una risorsa sostenibile, per non dire altro, " ha detto Ji. "Questa metodologia utilizza un'abbondante anidride carbonica mentre realizza prodotti di accumulo di energia di valore significativo".

Poiché i materiali coinvolti sono economici e la fabbricazione è semplice, questo approccio ha il potenziale per essere ampliato per la produzione a livello commerciale, ha detto Ji.

La reazione chimica delineata in questo studio ha coinvolto una miscela di metalli di magnesio e zinco, una combinazione scoperta per la prima volta. Questi vengono riscaldati ad alta temperatura in presenza di un flusso di anidride carbonica per produrre una reazione "metallotermica" controllata. La reazione ha convertito gli elementi nei loro ossidi metallici e grafene nanoporoso, una forma pura di carbonio che è straordinariamente forte e può condurre efficacemente calore ed elettricità. Gli ossidi metallici potrebbero in seguito essere riciclati nelle loro forme metalliche per rendere più efficiente un processo industriale.

A confronto, altri metodi per produrre grafene nanoporoso utilizzano spesso sostanze chimiche corrosive e tossiche, in sistemi che sarebbero difficili da usare a grandi livelli commerciali.

"La maggior parte dei supercondensatori di carbonio commerciali ora utilizzano carbone attivo come elettrodi, ma la loro conduttività elettrica è molto bassa, " ha detto Ji. "Vogliamo un rapido accumulo e rilascio di energia che fornisca più potenza, e per questo scopo il grafene nanoporoso più conduttivo funzionerà molto meglio. Questo risolve un grosso problema nella creazione di supercondensatori più potenti".

Un supercondensatore è un tipo di dispositivo di accumulo di energia, ma può essere ricaricato molto più velocemente di una batteria e ha molta più potenza. Sono principalmente utilizzati in qualsiasi tipo di dispositivo in cui l'accumulo di energia rapido e breve, ma è necessario un potente rilascio di energia.

Vengono utilizzati nell'elettronica di consumo, e hanno applicazioni nell'industria pesante, con la capacità di alimentare qualsiasi cosa, da una gru a un carrello elevatore. Un supercondensatore può catturare energia che altrimenti andrebbe sprecata, come nelle operazioni di frenata. E le loro capacità di accumulo di energia possono aiutare a "smussare" il flusso di energia dai sistemi energetici alternativi, come l'energia eolica.

Possono alimentare un defibrillatore, aprire gli scivoli di emergenza su un aereo e migliorare notevolmente l'efficienza delle automobili elettriche ibride. I materiali di carbonio nanoporoso possono anche adsorbire gas inquinanti, funzionano come filtri ambientali, o essere utilizzato nel trattamento delle acque. Gli usi sono in continua espansione e sono stati vincolati principalmente dal loro costo.