I ricercatori della UCLA hanno sviluppato un materiale plastico innovativo che migliora la capacità di accumulo energetico dei supercondensatori
Le materie plastiche sono da sempre utilizzate nell’elettronica per le loro proprietà isolanti, ma negli anni ‘70 i ricercatori scoprirono accidentalmente che alcuni polimeri potevano anche condurre elettricità. Questo ha aperto la strada a nuove applicazioni nel settore dell’energia e dell’elettronica.
Uno dei materiali più utilizzati oggi in questo ambito è il PEDOT (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), una pellicola flessibile e trasparente impiegata in dispositivi come touchscreen e finestre intelligenti. Tuttavia, fino a ora il suo utilizzo per l’accumulo di energia era limitato dalla scarsa conduttività e dalla superficie ridotta. Un team di chimici della UCLA ha sviluppato un nuovo metodo per modificare la struttura del PEDOT, creando nanofibre verticali che aumentano significativamente la capacità di stoccaggio energetico. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Advanced Functional Materials.
Perché questa innovazione è importante
A differenza delle batterie, che accumulano energia attraverso reazioni chimiche, i supercondensatori immagazzinano e rilasciano carica elettrica in modo rapido, rendendoli ideali per applicazioni che richiedono impulsi di energia immediati, come nei sistemi di frenata rigenerativa dei veicoli elettrici.
Il problema principale dei supercondensatori è la necessità di materiali con un’ampia superficie di accumulo. Il PEDOT tradizionale non è sufficientemente efficiente in questo senso, limitando le sue prestazioni. Per risolvere questa criticità, i ricercatori della UCLA hanno sviluppato un innovativo processo di crescita a vapore, grazie al quale il PEDOT assume una struttura simile a ciuffi d’erba verticale, aumentando esponenzialmente la sua superficie.
“Il materiale cresce in verticale, aumentando la superficie disponibile per accumulare carica“, ha spiegato Maher El-Kady, autore dello studio e scienziato dei materiali presso la UCLA. “Le pellicole di PEDOT tradizionali sono troppo sottili e piatte per immagazzinare una quantità significativa di energia, ma con il nostro metodo la capacità è notevolmente aumentata, consentendo di realizzare supercondensatori più efficienti”.
Un nuovo standard per l’accumulo energetico
I test condotti sui supercondensatori basati su PEDOT hanno dimostrato che il nuovo materiale ha una conduttività 100 volte superiore rispetto ai prodotti commerciali attuali. Inoltre, l’area elettrochimicamente attiva è risultata quattro volte maggiore, permettendo di immagazzinare molta più energia a parità di volume.
La tecnica sviluppata dal team della UCLA ha permesso di ottenere un valore record di accumulo energetico di oltre 4600 milliFarad per centimetro quadrato, un risultato quasi dieci volte superiore rispetto ai materiali PEDOT tradizionali. Inoltre, il nuovo materiale ha dimostrato un’eccezionale durabilità, resistendo a più di 70.000 cicli di carica senza perdere efficienza.
“Le prestazioni e la durata del nostro elettrodo mostrano il grande potenziale di questo materiale per l’uso nei supercondensatori“, ha dichiarato Richard Kaner, professore di chimica e scienza dei materiali alla UCLA, tra i principali autori della ricerca. Kaner ha una lunga esperienza nello studio dei polimeri conduttivi ed è stato tra i pionieri nella scoperta della plastica elettricamente conduttiva, un campo che ha portato i suoi mentori Alan MacDiarmid e Alan Heeger a ricevere il Premio Nobel.
Il futuro dei supercondensatori in plastica
Grazie a questa scoperta, la UCLA ha compiuto un passo significativo verso supercondensatori più veloci, efficienti e durevoli, fondamentali per applicazioni nelle energie rinnovabili e nell’elettronica. Il prossimo obiettivo del team è rendere questa tecnologia scalabile per la produzione su larga scala, così da poterla applicare in vari settori, dall’automotive all’accumulo di energia per reti elettriche.
Tra gli autori dello studio, oltre a Kaner ed El-Kady, figurano anche Musibau Francis Jimoh, Gray Carson e Mackenzie Anderson, tutti appartenenti al dipartimento di ricerca sui materiali avanzati della UCLA.
