Un sottile, il supercondensatore flessibile sviluppato presso l'Università della Florida centrale vanta elevate densità di energia e potenza. Credito:Università della Florida centrale
Un team di scienziati dell'UCF ha sviluppato un nuovo processo per creare supercondensatori flessibili in grado di immagazzinare più energia ed essere ricaricati più di 30, 000 volte senza degradarsi.
Il nuovo metodo del NanoScience Technology Center della University of Central Florida potrebbe alla fine rivoluzionare la tecnologia tanto varia quanto i telefoni cellulari e i veicoli elettrici.
"Se dovessero sostituire le batterie con questi supercondensatori, potresti caricare il tuo cellulare in pochi secondi e non avresti bisogno di ricaricarlo per più di una settimana, " disse Nitin Choudhary, un associato post-dottorato che ha condotto gran parte della ricerca pubblicata di recente sulla rivista accademica ACS Nano .
Chiunque abbia uno smartphone conosce il problema:dopo circa 18 mesi, mantiene la carica per sempre meno tempo man mano che la batteria inizia a degradarsi.
Gli scienziati hanno studiato l'uso dei nanomateriali per migliorare i supercondensatori che potrebbero potenziare o addirittura sostituire le batterie nei dispositivi elettronici. È un problema testardo, perché un supercondensatore che contiene tanta energia quanto una batteria agli ioni di litio dovrebbe essere molto, più largo.
Il team dell'UCF ha sperimentato l'applicazione di materiali bidimensionali appena scoperti, dello spessore di pochi atomi, ai supercondensatori. Altri ricercatori hanno anche provato formulazioni con grafene e altri materiali bidimensionali, ma con scarso successo.
"Ci sono stati problemi nel modo in cui le persone incorporano questi materiali bidimensionali nei sistemi esistenti - questo è stato un collo di bottiglia nel campo. Abbiamo sviluppato un semplice approccio di sintesi chimica in modo da poter integrare molto bene i materiali esistenti con i materiali bidimensionali , " ha detto il ricercatore principale Yeonwoong "Eric" Jung, un assistente professore con incarichi congiunti presso il NanoScience Technology Center e il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali.
Il team di Jung ha sviluppato supercondensatori composti da milioni di fili dello spessore di nanometri rivestiti con gusci di materiali bidimensionali. Un nucleo altamente conduttivo facilita il trasferimento rapido di elettroni per una carica e scarica rapida. E i gusci uniformemente rivestiti di materiali bidimensionali producono elevate densità di energia e potenza.
L'illustrazione rappresenta il nuovo design del supercondensatore sviluppato presso l'Università della Florida centrale. Credito:Università della Florida centrale
Gli scienziati sapevano già che i materiali bidimensionali erano molto promettenti per le applicazioni di accumulo di energia. Ma fino al processo sviluppato da UCF per l'integrazione di quei materiali, non c'era modo di realizzare quel potenziale, ha detto Jung.
"Per i piccoli dispositivi elettronici, i nostri materiali stanno superando quelli convenzionali in tutto il mondo in termini di densità energetica, densità di potenza e stabilità ciclica, "ha detto Choudhary.
La stabilità ciclica definisce quante volte può essere caricata, drenato e ricaricato prima di iniziare a degradarsi. Per esempio, una batteria agli ioni di litio può essere ricaricata meno di 1, 500 volte senza guasti significativi. Recenti formulazioni di supercondensatori con materiali bidimensionali possono essere ricaricate qualche migliaio di volte.
A confronto, il nuovo processo creato da UCF produce un supercondensatore che non si degrada nemmeno dopo essere stato ricaricato 30, 000 volte.
Jung sta lavorando con l'Office of Technology Transfer di UCF per brevettare il nuovo processo.
I supercondensatori che utilizzano i nuovi materiali potrebbero essere utilizzati in telefoni e altri gadget elettronici, e veicoli elettrici che potrebbero beneficiare di improvvise esplosioni di potenza e velocità. E poiché sono flessibili, potrebbe significare un progresso significativo nella tecnologia indossabile, anche.
"Non è pronto per la commercializzazione, " disse Jung. "Ma questa è una dimostrazione di prova del concetto, e i nostri studi mostrano che ci sono impatti molto elevati per molte tecnologie".
Oltre a Choudhary e Jung, il gruppo di ricerca includeva Chao Li, Julian Moore e il Professore Associato Jayan Thomas, tutto l'UCF NanoScience Technology Center; e Hee-Suk Chung del Korea Basic Science Institute di Jeonju, Corea del Sud.
