Super-batterie, meglio la marijuana del grafene?

L’American Chemical Society ha rivelato un metodo altamente efficace per l’utilizzo di una variante della canapa

[21 agosto 2014]

Secondo un team di ricercatori dell’università canadese di Alberta, la marijuana potrebbe risolvere uno dei più impegnati problemi tecnologici di oggi. Infatti, durante l’ultimo meeting della American Chemical Society (Acs) a San Francisco, hanno rivelato un metodo altamente efficace per produrre super-batterie con  una variante non psicoattiva  della canapa. I dispositivi a base di canapa possono arrivare ad una  densità energetica di 12 watt per Kg,  da due a tre volte superiore rispetto a quella di supercondensatori in commercio.

Per produrre i supercondensatori ci vogliono 24 ore per riallineare gli atomi di carbonio della canapa  per  realizzare nano-lamine (nanosheets) di atomi. Una delle proprietà sorprendenti di queste batterie alla canapa è la loro capacità di scaricare/caricare  energia molto velocemente, il che riduce drasticamente il tempo di ricarica.   I supercondensatori attualmente utilizzano  nanosheets di grafene prodotte in laboratorio, ma la canapa sembra più efficace di questo materiale “miracoloso”. Inoltre, sintetizzare il grafene è più costoso rispetto alla produzione di elettrodi di canapa, che è una pianta robusta che può essere coltivata in diversi climi ed  è una risorsa rinnovabile. La notizia arriva proprio mentre la canapa/marijuana ha fatto ritorno negli Usa dopo un lungo divieto di coltivarla.

David Mitlin, a capo della startup dell’università di Alberta che sta sviluppando il supercondensatore alla canapa,  spiega che «I supercondensatori sono dispositivi di accumulo di energia che hanno un enorme potenziale per trasformare il modo in cui  d sarà alimentata l’elettronica del futuro. A differenza delle batterie ricaricabili di oggi, che caricano l’energia per diverse ore, i supercondensatori possono caricare e scaricare in pochi secondi. Ma normalmente non sono in grado di stoccare così  tanta energia come le batterie, una proprietà importante nota come densità energetica». Per aumentare la densità energetica dei  supercondensatori i ricercatori progettano elettrodi migliori e il team di Mitlin ha capito come realizzarli da certe fibre di canapa che possono contenere tanta energia quanto il grafene.

Secondo Mitlin, «Le prestazioni elettrochimiche del nostro dispositivo sono alla pari o migliori rispetto ai dispositivi basati sul grafene. Il vantaggio principale è che i nostri elettrodi sono costituiti da rifiuti organici mediante un processo semplice, e di conseguenza, sono molto più economici rispetto al grafene».

La gara per realizzare il supercondensatore ideale si è in gran parte concentrata sul grafene, un materiale resistente, leggero composto di strati di carbonio dello spessore di atomi che, quando vengono sovrapposti, possono fare da elettrodi. Gli scienziati stanno studiando come trarre vantaggio da proprietà uniche del grafene per costruire celle solari, sistemi di filtrazione dell’acqua, tecnologia touch-screen, nonché batterie e supercondensatori migliori e più efficienti. Il problema è che il grafene è costoso.

Il team di Mitlin deciso di vedere se poteva fare qualcosa di simile al grafene partendo dalle fibre di canapa che provengono dall’interno della corteccia della pianta e che spesso vengono scartate dall’industria in rapida crescita in Canada che utilizza la canapa per abbigliamento, materiali da costruzione ed altri prodotti. Gli Usa potrebbero presto diventare un altro fornitore di rafia di canapa, visto che alcuni Stati hanno aperto le porte al commercio di marijuana che sta avendo un vero e proprio boom.

Gli scienziati canadesi sospettavano da tempo che gli scarti della canapa potessero essere utilizzati a fini energetici e che fosse solo questione di trovare il modo giusto di trattare il materiale. «Abbiamo praticamente capito l’ingrediente segreto – dice Mitlin, che ora lavora alla Clarkson University di New York – Il trucco è quello di capire realmente la struttura  e lo “starter” di un materiale e  sintonizzarsi come viene elaborato per darti quello che a buon diritto possono essere chiamate proprietà sorprendenti». E’ così che il suo team canadese ha scoperto che riscaldando le fibre di canapa per 24 ore a poco più di 350 gradi Fahrenheit e poi  sottoponendo il materiale risultante ad un calore più intenso, si potevano “esfoliare” nanosheets di carbonio.

Il team di Mitlin ha quindi costruito  supercondensatori utilizzando come elettrodi il carbonio derivato dalla canapa  ​​ e un liquido ionico come elettrolita. Quando sono stati completamente assemblato, i dispositivi  si sono rivelati migliori dei supercondensatori in commercio, sia per densità di energia che per la gamma di temperature a cui possono lavorare: dal gelo a più di 200 gradi Fahrenheit. Mitlin conclude: «Ora siamo oltre alla fase iniziale di test per un supercondensatore completamente funzionale. Stiamo preparando per la produzione su piccola scala».