Cellulari che si caricano in pochi minuti e batterie che durano di più per i veicoli elettrici del futuro. I ricercatori della Tohoku University di Sendai, Giappone, hanno recentemente pubblicato alcune scoperte fatte sui condensatori a doppio strato che potrebbero consentire la realizzazione di batterie ricaricabili migliori.
Un condensatore a doppio strato immagazzina energia grazie a ioni che si spostano da una soluzione "bulk" verso un elettrodo, dove vengono assorbiti. Prima di raggiungere la superficie dell'elettrodo, gli ioni devono attraversare il più rapidamente ed efficientemente possibile dei nanopori molto stretti.
La velocità degli ioni nel passaggio tra i nanopori determina la velocità di carica: più è alta, migliori sono le prestazioni del condensatore. Inoltre, maggiore è la densità degli ioni assorbiti da un elettrodo, più alta è la carica che un condensatore può conservare, raggiungendo così un'alta capacitanza volumetrica.
Gli scienziati hanno testato materiali con pori di varie dimensioni e strutture per cercare di ottenere sia una velocità degli ioni che un assorbimento elevati. Fino a oggi non era possibile avere tali caratteristiche contemporaneamente, perché gli ioni viaggiavano più rapidamente attraverso nanopori più larghi, ma quest'ultimi rendevano la densità degli elettrodi bassa e perciò si riduceva la densità di ioni assorbiti.
"Con questo studio abbiamo dimostrato che è possibile avere una densità energetica e una capacitanza volumetrica elevate grazie al carbonio basato su modelli di zeoliti", ha dichiarato il professore Nishihara, parte del team di ricercatori composto da Hiroyuki Itoi, Taichi Kogure e Takashi Kyotani.
Il carbonio basato su modelli di zeoliti (minerali con una struttura cristallina caratterizzata da una enorme quantità di volumi vuoti interni ai cristalli) è formato da nanopori con un diametro di 1,2 nanometri che hanno una struttura molto ordinata. La dimensione ridotta dei nanopori fa sì che venga assorbita un'elevata densità di ioni, mentre la struttura ordinata consente agli ioni di passare rapidamente attraverso i nanopori. Grazie a un precedente studio, i ricercatori hanno dimostrato che 1,2 nanometri è il valore che consente di avere un bilanciamento ideale tra prestazioni elevate e alta capacitanza volumetrica.
"Se questo tipo di condensatore verrà usato per i dispositivi mobile, come i telefoni cellulari, i tempi di carica potrebbero ridursi a soli pochi minuti", ha dichiarato il professor Nishihara.