Introdotto un metodo innovativo per trasformare l'olio esausto in un materiale di alto valore con proprietà su misura per gli elettrodi dei supercondensatori
Nuovi passi avanti per i materiali dei supercondensatori
Migliorare la produzione dei materiali base dei supercondensatori “cercando” tra i rifiuti. Questo, in qualche modo, l’approccio adottato da un gruppo di ricercatori dell’Università di Shanghai e dell’Università di Tongji. Il team è riuscito, infatti, ad ottenere carbonio poroso di alta qualità, essenziale per gli elettrodi, dall’olio usato.
Il campo della ricerca è quello dell’accumulo energetico in cui i supercapacitor, noti per le loro velocità di carica/scarica e una durata del ciclo più lunga delle batterie, si stanno posizionando come un componente essenziale.
“Tuttavia – scrive l’Accademia cinese delle scienze – per soddisfare la crescente domanda, i supercondensatori hanno bisogno di materiali per elettrodi di alta qualità che bilancino la conduttività con un’ampia area superficiale. Area in cui molti composti convenzionali sono carenti”.
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L’importanza del carbonio poroso gerarchico
Questi dispositivi di accumulo utilizzano l’area superficiale dell’elettrodo per immagazzinare energia tramite adsorbimento elettrostatico. Per questo compito vengono usati materiali specifici come il carbonio poroso gerarchico (HPC), la fibra di carbonio, i nanotubi di carbonio o il grafene.
Tra questi, l’HPC ha attirato molta attenzione per l’elevata quantità di pori multiscala (macro-, meso- e micro-), che possono agire come “serbatoi di buffering ionico” per accorciare i percorsi di diffusione degli ioni, o come canali di trasporto rapidi per gli stessi.
Finora, sono stati utilizzati vari metodi per preparare il carbonio poroso gerarchico, ma la maggior parte dei processi risulta lunga, complessa e difficile. Gli scienziati cinesi hanno studiato nuovi materiali avanzati in carbonio con strutture porose intricate e atomi di azoto posizionati strategicamente, un processo noto come drogaggio eteroatomico.
Supercondensatori con elettrodo in HPC drogato con azoto
Nel dettaglio il team di ricerca ha selezionato l’acido linoleico (presente negli oli usati) e la melammina come fonti rispettivamente di carbonio e azoto. Dopo aver riscaldato i materiali a 600°C e averli trattati con idrossido di potassio, i ricercatori hanno prodotto HPC con un’area superficiale impressionante: fino a 3474,1 m2/g.
Questo carbonio presenta un 72,9-77,3% di mesopori nella sua struttura, essenziali per migliorare la capacità di stoccaggio del supercondensatore e l’efficienza del trasporto di ioni. In questo contesto il drogaggio con azoto, facilitato dalla melammina, migliora la conduttività e introduce siti attivi all’interno della struttura in carbonio, incrementando la reattività elettrochimica.
Di conseguenza, il materiale ha raggiunto una capacità specifica di 430,2 F/g, con un tasso di ritenzione dell’86,5% dopo 2.000 cicli di carica/scarica. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Waste Disposal & Sustainable Energy (testo in inglese).
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