Gli scienziati hanno creato una nuova generazione di dispositivi a basso costo, supercondensatori ad alta energia per alimentare veicoli elettrici.

I ricercatori dell'Imperial College London e dell'University College London (UCL) hanno prodotto una soluzione più economica, materiale degli elettrodi più sostenibile e denso di energia per i supercondensatori che potrebbe aprire la strada a una più ampia penetrazione nel mercato di questa alta potenza, tecnologia di ricarica rapida dei veicoli elettrici.

Nello studio, pubblicato in Scienze avanzate , il team ha utilizzato la lignina, un sottoprodotto a base biologica dell'industria della carta, per creare elettrodi indipendenti con una maggiore capacità di accumulo di energia.

I ricercatori affermano che questo potrebbe essere un punto di svolta per la tecnologia dei supercondensatori esistente, fornendo un più economico, alternativa più sostenibile ai modelli attuali. Il team sottolinea l'importanza di ridurre i costi di produzione degli elettrodi a base di carbonio e la dipendenza da materiali critici se i supercondensatori indipendenti devono svolgere un ruolo importante nella decarbonizzazione dell'industria dei trasporti insieme a batterie e celle a combustibile.

Materiali sostenibili

Usando la lignina al posto del costoso carbonio a base di grafene, il team ha prodotto una struttura indipendente che è più leggera e più piccola dei modelli attuali senza compromettere la capacità di accumulo di energia. Questo li rende ideali per l'uso in veicoli elettrici a breve distanza come autobus, taxi e tram dove hanno la capacità di caricare nel tempo necessario ai passeggeri per uscire e salire su un veicolo.

L'autrice co-corrispondente, la dott.ssa Maria Crespo Ribadeneyra del Dipartimento di ingegneria chimica dell'Imperial, ha dichiarato:"I supercondensatori sono un candidato ideale per il trasporto elettrico all'interno dei centri urbani, dove l'inquinamento è una preoccupazione sempre più pressante. Però, sono spesso trascurati a causa dell'alto costo di produzione.

"La nostra ricerca si basa su un materiale a base biologica sostenibile e a basso costo in grado di immagazzinare più energia per unità di volume rispetto a molte altre alternative costose. Ciò è particolarmente importante nel settore automobilistico, dove l'ottimizzazione degli spazi e dei costi dei componenti è fondamentale."

L'autrice co-corrispondente, la professoressa Magda Titirici del Dipartimento di Ingegneria Chimica dell'Imperial ha aggiunto:"La creazione di materiali multifunzionali sostenibili da flussi di biomassa di scarto come la lignina consentirà in futuro una catena di approvvigionamento sostenibile e conveniente per i materiali energetici ed eliminerà la nostra dipendenza da materiali come il litio.

"L'idea di pressare insieme diverse carte carbone indipendenti per immagazzinare più carica in un piccolo volume è innovativa e ha un potenziale per futuri sviluppi strutturali. Immagina che invece di supportare gli elettrodi in una custodia del telefono o sul tetto di un'auto, sono il caso o il tetto."

Microstrutture su misura

La tecnica innovativa sviluppata dal team in questo studio ha utilizzato tappetini in nanofibra di lignina elettrofilata che sono stati compressi insieme in una struttura densa. Ciò ha permesso loro di adattare la microstruttura interna degli elettrodi riducendo la quantità di pori di dimensioni micrometriche che non contribuiscono all'accumulo di energia, pur mantenendo la porosità delle singole fibre che immagazzinano la carica elettrica. Questo lavoro è stato reso possibile utilizzando immagini avanzate simili ai raggi X per visualizzare le microstrutture interne in tre dimensioni.

Il dott. Rhodri Jervis dell'Electrochemical Innovation Lab (EIL) presso l'UCL e coautore ha spiegato:"Affrontare la grande sfida dell'elettrificazione diffusa richiederà una varietà di dispositivi di accumulo e conversione di energia per lavorare in armonia tra loro, utilizzando materiali avanzati e sostenibili.

"Dalle batterie alle celle a combustibile ai supercondensatori, è fondamentale comprendere la microstruttura dei materiali utilizzati in questi dispositivi al fine di apportare miglioramenti alle tecnologie attuali. Nel nostro laboratorio abbiamo sviluppato approcci di imaging avanzati per visualizzare e valutare queste microstrutture in tre dimensioni, e questo lavoro mette in evidenza il vantaggio dell'imaging 3D per svelare il potenziale di nuovi materiali nello stoccaggio di energia."

Il team di ricerca sta ora lavorando per garantire che questa tecnologia possa essere resa commercialmente valida. Attualmente stanno sviluppando un nuovo supercondensatore con un elettrolita non corrosivo e più conveniente che potrebbe essere implementato in dispositivi commerciali.