Basta un masterizzatore DVD con tecnologia LightScribe per creare supercondensatori per batterie a elevata autonomia dedicate all'elettronica del futuro - cioè quella flessibile. Secondo i ricercatori della UCLA (Università della California) i supercondensatori rappresenteranno il futuro dell'archiviazione energetica, poiché si caricano e scaricano più rapidamente delle batterie.
Il problema è che sono ancora limitati da una densità energetica troppo bassa, una frazione di quella offerta dalle batterie. Per eliminare questo limite servono perciò nuovi elettrodi capaci di mantenere un'elevata conduttività , ma anche di offrire una superficie maggiore rispetto ai tradizionali condensatori elettrochimici dotati di elettrodi a carboni attivi. Ed è proprio qui che entrano in gioco i masterizzatori DVD con tecnologia LightScribe.
Gli elettrodi realizzati attraverso con dispositivi sono composti di una rete espansa di grafene che mostra eccellenti proprietà meccaniche ed elettriche, oltre che una superficie molto elevata. Questo consente di creare condensatori EC (elettrochimici) al grafene ad alte prestazioni in grado di mantenere eccellenti attribuiti elettrochimici anche sotto elevato stress meccanico. Il processo è basato sul rivestimento di un DVD con una pellicola di ossido di grafite successivamente trattata con il laser presente all'interno di un lettore DVD LightScribe per produrre elettrodi di grafene.
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Queste soluzioni, chiamate Laser Scribed Graphene (LSG), mostrano valori di densità energetica molto elevati in differenti elettroliti e mantengono un'elevata densità di potenza, con un eccellente ciclo di stabilità per i condensatori elettrochimici. "Il nostro studio dimostra che i nuovi supercondensatori al grafene archiviano più carica delle batterie tradizionali, ma possono essere scaricati e caricati da centinaia a migliaia di volte più rapidamente", ha dichiarato Richard B. Kaner, professore della UCLA. Gli elettrodi LSG non hanno gli stessi problemi di quelli a carboni attivi che finora hanno limitato le prestazioni delle soluzioni elettrochimiche commerciali.
Il laser LightScribe serve realizzare, nello stesso passaggio, una riduzione ed esfoliazione dell'ossido di grafite e produce una rete aperta di LSG con un'area maggiore e molto più accessibile. Questo si traduce in una capacità di archiviazione della carica più elevata da parte dei supercondensatori LSG. La struttura a rete aperta degli elettrodi aiuta a minimizzare il percorso di diffusione degli ioni nell'elettrolita, cosa cruciale nella ricarica di un dispositivo. Questo significa che i supercondensatori LSG possono di fornire potenza ultraelevata in un breve periodo di tempo, a differenza di quelli a carboni attivi.
Gli elettrodi LSG sono meccanicamente robusti e mostrano un'elevata conduttività (>1700 S/m) rispetto a quelli a quelli a carboni attivi (10-100 S/m). Ciò significa che gli elettrodi LSG possono essere usati direttamente senza la necessità di leganti o collettori di corrente, come un condensatore elettrochimico a carbone attivo tradizionale. Queste proprietà permettono all'LSG di agire sia come materiale attivo che come collettore di corrente in un condensatore elettrochimico. La combinazione di due funzioni in un unico strato porta ad avere un'architettura semplificata e rende i dispositivi con supercondensatori LSG convenienti.
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A dispetto dei condensatori elettrochimici tradizionali con liquido elettrolita avvolto a spirale e confezionato in un contenitore cilindrico o impilato in una cella a bottone, il team ha usato un gel polimerico che funge anche da separatore, riducendo ulteriormente lo spessore e il peso del dispositivo, nonché semplificando il processo di fabbricazione perché non richiede particolari materiali d'imballaggio. Per valutare il potenziale di questa soluzione sotto condizioni reali i ricercatori hanno posto il dispositivo sotto uno stress meccanico costante per analizzarne le prestazioni, che non sono state influenzate.
"Attribuiamo le alte prestazioni e la resistenza alla flessibilità meccanica degli elettrodi, assieme alle strutture di rete tra gli elettrodi e il gel. L'elettrolita solidifica durante l'assemblaggio del dispositivo e agisce come collante che tiene insieme i componenti del dispositivo", ha dichiarato il professor Kaner. Questo metodo migliora l'integrità meccanica e aumenta il ciclo di vita del dispositivo anche in condizioni estreme.
Per tutte queste ragioni, i supercondensatori LSG potrebbe aprire la strada a sistemi di archiviazione ottimali per la prossima generazione di dispositivi elettronici portatili flessibili. Ovviamente siamo ancora in fase di ricerca, ma come abbiamo spesso visto nel corso della storia dell'umanità , ciò che si semina oggi può dare buoni frutti domani, per cui queste ricerche sono molto importanti.