Grafene e supercapacitori

Graphene and supercapacitors

I supercondensatori(SC), detti anche ultracapacitori o ultracondensatori, sono promettenti sistemi elettrochimici di accumulo energetico che possono essere caricati/scaricati rapidamente (in secondi o frazioni) per milioni di cicli di ricarica, mantenendo le loro iniziali prestazioni.

Sono principalmente classificati in condensatori elettrochimici a doppio strato e pseudocondensatori.
I primi si basano sulla formazione di un doppio strato elettrico tramite adsorbimento di ioni e scambio di co-ioni con contro-ioni all’interfaccia elettrodo/elettrolita, mentre i secondi immagazzinano principalmente energia elettrica tramite trasferimento di carica elettronica attraverso reazioni redox, elettroassorbimento o processi di intercalazione.

Applicazioni dei supercapacitori

Al giorno d’oggi, i SC hanno trovato applicazioni nel settore automobilistico, per il quale si prevede un mercato globale da miliardi di euro alla fine di questo decennio. I crescenti investimenti nelle energie rinnovabili e nelle relative smart-grid, nell’elettrificazione di rete ferroviarie e tram, nella mobilità elettrica tramite veicoli elettrici, condivisi oppure autonomi (robo-taxi, navette e autobus) promuoveranno fortemente l’adozione di SC come best-option per bisogni di vita quotidiana.

Per esprimere il pieno potenziale dei SC, i materiali degli elettrodi devono essere nanostrutturati e ingegnerizzati attraverso funzionalizzazioni fisico/chimiche, con l’obiettivo di massimizzare la superficie elettrochimicamente accessibile e raggiungere un’elevata densità di energia, controllando al contempo la capacità quantistica dei materiali carboniosi e persino introducendo nuovi meccanismi di accumulo energetico.

Le soluzioni BeDimensional

In questo contesto, i materiali bidimensionali (2D) ed in particolare il grafene, mostrano un elevato rapporto superficie-volume abbinato ad un’eccellente conduttività elettrica ed elevate proprietà meccaniche (ad esempio flessibilità), rappresentando un materiale ideale per realizzare elettrodi per SC di nuova generazione.

BeDimensional ha sviluppato una formulazione di elettrodi per SC avanzata, basata su grafene con elevata purezza chimica. Abbiamo dimostrato che la gestione delle proprietà nanotribologiche sia dei materiali attivi che degli elettroliti può essere un nuovo paradigma per superare la classica dicotomia di densità di energia e densità di potenza nei SC.

Concependo un trasporto ionico efficiente all’interno di elettrodi ad alta superficie, gli ioni degli elettroliti possono accedere in meso- e micro-pori. Questa caratteristica è essenziale per raggiungere densità di energia elevate indipendenti dalla potenza di lavoro.

Grazie al suo elevato grado di purezza, il nostro grafene agisce come “scivolo per ioni”, riducendo l’attrito degli elettroliti sugli elettrodi di SC. Tale caratteristica ci consente di aumentare le prestazioni elettrochimiche di SC di tipo commerciale incorporando grafene nei loro elettrodi, e raggiungendo carichi di materiale attivo sempre più elevati senza ridurre le performance specifiche degli elettrodi.

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