Il polietilene tereftalato ricavato dalle bottiglie d'acqua usate può essere riciclato in elettrodi e separatori per supercondensatori ad alta efficienza
Il supercondensatore realizzato con bottiglie riciclate
Il mondo dell’economia circolare tende ancora una volta la mano a quello dell’accumulo energetico. Tra i diversi tentativi per dare una seconda vita ai rifiuti plastici arriva oggi quello di un gruppo di scienziati della Michigan Technological University, creatori di speciali supercondensatori in PET riciclato. Si tratta, spiegano gli stessi scienziati, della prima volta che dei rifiuti di polietilene tereftalato sono impiegati nella fabbricazione di un supercapacitor.
“Ogni anno il PET viene utilizzato per produrre oltre 500 miliardi di bottiglie monouso per bevande, generando una notevole quantità di rifiuti di plastica e rappresentando una sfida ambientale importante”, afferma il ricercatore capo Yun Hang Hu. “I supercondensatori derivati dal PET offrono un grande potenziale per diverse applicazioni nei sistemi di trasporto e automotive, nell’elettronica e nei dispositivi di consumo, nonché nei settori industriali e specializzati”.
Anatomia di un supercapacitor
In realtà il team ha impiegato polietilene tereftalato per realizzare due elementi diversi: gli elettrodi e le membrane separatrici.
Pare opportuno fare un piccolo inciso sull’architettura e funzionamento di questi dispositivi.
I supercondensatori si basano su processi elettrochimici e sono costituiti da:
- un elettrolita dotato di una elevata conduttività ionica (e bassa conduttività elettrica), realizzato solitamente con liquidi organici o ionici;
- due elettrodi – anodo e catodo – realizzati in carbonio (es. grafene, grafite, carboni attivi), ossidi di metalli di transizione o polimeri conduttivi;
- un separatore poroso che impedisce il contatto elettronico tra i materiali conduttivi.
L’upcycling della Michigan Technological University
Gli scienziati hanno riciclato vecchie bottiglie d’acqua trasformando il PET in carbonio poroso per gli elettrodi.
Nel dettaglio il team ha ridotto la plastica in minuscoli granelli; successivamente ha aggiunto idrossido di calcio e riscaldato la miscela a quasi 700 gradi Celsius sotto vuoto. Questo trattamento rompe termicamente i legami più deboli del polimero rilasciando un residuo solido ricco di carbonio che viene successivamente attivato tramite idrossido di potassio (KOH).
È stata ottenuta così una polvere di carbonio porosa ed elettricamente conduttiva che gli scienziati hanno accoppiato a nerofumo e un legante polimerico per realizzare gli elettrodi dei supercondensatori.
Per fabbricare il separatore, invece, i ricercatori hanno appiattito piccoli pezzi di plastica delle dimensioni di un francobollo, forandoli con aghi caldi. La disposizione dei fori ha ottimizzato il passaggio di corrente attraverso l’elettrolita.
Gli scienziati hanno quindi assemblato il tutto immergendo gli elettrodi in un elettrolita liquido di idrossido di potassio e separandoli con la pellicola in PET perforata.
Le prestazioni del supercondensatore in plastica
Il nuovo supercondensatore in PET riciclato ha superato egregiamente i test mostrando una capacità gravimetrica di 197,2 F/g a 0,5 A/g e mantenendo il 79% del suo valore ad alte velocità. Inoltre, il separatore ha mostrato un’eccellente resistenza meccanica (57 MPa), una resistenza termica superiore e una conduttività ionica regolabile (fino a 2,79×10–2 S/cm) con maggiore porosità, caratteristiche essenziali per le applicazioni nel mondo reale.
“Con un’ulteriore ottimizzazione, i supercondensatori derivati dal PET potrebbero realisticamente passare dai prototipi di laboratorio ai dispositivi pronti per il mercato entro i prossimi cinque o dieci anni”, afferma Hu, “soprattutto con la crescente domanda di tecnologie di accumulo di energia sostenibili e riciclabili”.
Leggi l’articolo “All-Plastic Supercapacitors from Poly(ethylene terephthalate)” pubblicato su Waste, Energy & Fuels.
