Grazie all'impiego di fibre composite di nanotubi di carbonio, sono stati realizzati supercondensatori con un'elevata densità di potenza e una stabilità superiore a 100.000 cicli
Nuovi passi avanti nel mondo dell’accumulo elettrico. Un gruppo di ricercatori in Corea del Sud ha messo a punto un supercondensatore avanzato in grado di raggiungere non solo un’elevata densità di potenza, ma anche una densità energetica di ben 418 Wh/kg. Mantenendo prestazioni stabili anche dopo oltre 100.000 cicli di carica e scarica. Il segreto? La ricetta con cui è stato costruito.
Supercondensatori in fibre
I supercondensatori, o supercapacitors, rappresentano una classe di dispositivi di accumulo elettrico. Sono composti dalla combinazione di un materiale conduttivo – che può fungere da collettore di corrente – e un materiale attivo elettrochimico.
I loro vantaggi? L’elevata densità di potenza, rapida capacità di carica/scarica e lunga durata. Caratteristiche che li rendono nettamente superiori alle batterie in alcune occasioni, soprattutto in applicazioni che richiedono elevata potenza istantanea e brevissimi tempi di ricarica. Sono meno efficienti, invece, quando si considera la densità di energia, ossia la quantità di energia che riescono a immagazzinare per peso o per volume.
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Un gruppo di ricercatori del Korea Institute of Science and Technology (KIST) e della Seoul National University (SNU) ha studiato un nuovo approccio per aumentare la densità energetica, che sfrutta l’elevata conduttività dei nanotubi di carbonio.
Nel dettaglio, il team ha fabbricato fibre composite di nanotubi a parete singola e polianilina (PANI), un polimero a basso costo. Quest’ultimo svolge il ruolo di materiale attivo e il gruppo è riuscito a disperderlo omogeneamente in nanoscala attraverso la fibra, innestandolo sui nanotubi. Si tratta di un passaggio essenziale per un’elevata durata e capacità del supercondensatore, ma reso quasi impossibile per altri materiali attivi a causa dell’inerzia chimica e dell’idrofobicità dei nanotubi di carbonio.
L’approccio ha permesso di una struttura in fibra sofisticata che potenzia simultaneamente il flusso di elettroni e ioni, dando vita a un supercondensatore avanzato.
Le prestazioni del supercondensatore avanzato
I test di laboratorio hanno dimostrato che la fibra composita ha una capacità specifica di 1714 F/g, una densità di energia di 820 mWh/cm³ e 418 Wh/kg, e una densità di potenza di 1150 W/cm³. Inoltre, il dispositivo presenta anche un’eccellente stabilità, mantenendo quasi il 100% della sua capacità iniziale dopo 100.000 cicli di carica/scarica e resistendo a oltre 10.000 deformazioni meccaniche.
“Questa tecnologia supera i difetti dei supercondensatori utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola e polimeri conduttivi“, ha affermato il dott. Bon-Cheol Ku del KIST. “Continueremo a sviluppare e industrializzare fibre di carbonio ad altissime prestazioni basate sui nanotubi”.
