Il grafene si affaccia sulla green economy a bordo di un’auto elettrica

Ricercatori coreani utilizzano il nuovo materiale per non disperdere l’energia di frenata dei veicoli

[18 novembre 2013]

La diffusione su ampia scala delle vetture elettriche è rallentata per vari motivi, e sicuramente uno dei limiti tecnici di questo tipo di propulsione è rappresentato dalla limitata capacità di accumulo delle batterie che non garantiscono grande autonomia. Come noto, però, sono stati fatti negli ultimi anni notevoli passi in avanti.

In particolare le versioni di batterie a ioni di litio possono immagazzinare abbastanza energia da dare a queste vetture un’autonomia ragionevole per la guida in città, ma la ricerca nel settore sta mettendo in evidenza nuove opportunità. Ad esempio  si sta cercando di recuperare e riutilizzare l’energia che viene solitamente sprecata quando i freni rallentano una vettura. Questo metodo però non è adatto per le batterie tradizionali.  La frenata avviene in un lasso di tempo di pochi secondi, per permettere alle batterie di caricarsi.

Una delle soluzioni più promettenti per accumulare questa energia consiste nell’utilizzo di supercondensatori, perché possono caricarsi e scaricarsi molto rapidamente, ma a loro volta hanno un limite: non possono accumulare troppa energia e oltretutto, tendono a logorarsi quando usati ripetutamente perché i materiali al loro interno si scompongono in risposta al costante flusso di carica in entrata e uscita dalla loro struttura. Un difetto non da poco per un dispositivo che dovrebbe poter essere utilizzato diversi milioni di volte nel corso della vita utile di un’automobile.

La soluzione a questi problemi potrebbe arrivare dal grafene, come sostengono Santhakumar Kannappan, del Gwangiu Institute of Science and Technology in Corea, e alcuni suoi colleghi.  Il team ha costruito dei supercondensatori ad alte prestazioni in grafene, che possono immagazzinare quasi la stessa quantità di energia di una batteria agli ioni litio, caricarsi e scaricarsi in pochi secondi e mantenere le stesse prestazioni dopo decine di migliaia di cicli di ricarica. I ricercatori hanno spiegato che il “trucco” consiste nel realizzare una forma altamente porosa di grafene che ha una enorme area superficiale interna. Questo particolare grafene – riporta la Mit – Techonology review – può essere creato riducendo le particelle di ossido di grafene agitando dell’idrazina nell’acqua con gli ultrasuoni.

La polvere di grafene viene quindi raccolta in una cella a forma di moneta ed asciugata a 140 °C e 300/kg/cm di pressione per cinque ore. L’elettrodo in grafene che ne risulta è altamente poroso. «Un solo grammo di questo materiale ha un’area superficiale più grande di un campo di basket.- hanno dichiarato i ricercatori-Questa caratteristica è importante perché consente all’elettrodo di accomodare molto più materiale elettrolito (un liquido ionico denominato EBIMF 1 M). Questo, fondamentalmente, determina la quantità di carica che un supercondensatore è in grado di trattenere».

Le prestazioni del supercondensatore misurate dal gruppo di lavoro guidato da Kannappan sono elevate. Hanno dichiarato una capacità di oltre 150 Farrad per grammo, grazie alla quale sarebbe possibile immagazzinare energia con una densità superiore ai 64 Watt ora per chilogrammo a una densità di corrente di 5 Ampere per grammo. Si tratta di valori quasi paragonabili a quelli di una batteria agli ioni di litio, che ha una densità energetica tra i 100 e i 200 Watt ora per chilogrammo. Il team di Kannappan ha evidenziato altri vantaggi per questi supercondensatori: «Possono essere caricati interamente in appena 16 secondi e il processo è stato ripetuto decine di migliaia di volte senza una sostanziale perdita di capacità. Questi supercondensatori potrebbero essere preparati alla produzione su larga scala nel futuro prossimo e applicati alle vetture elettriche».