In Giappone un gruppo di ricerca ha sviluppato un dispositivo nanostrutturato con prestazioni da record nell'accumulo energetico
Condensatori con dielettrici, moltiplicata per 2 la densità di energia
(Rinnovabili.it) – Le batterie ricaricabili non sono gli unici dispositivi efficienti quando si parla di accumulo mobile. Una delle più promettenti alternative tecnologie in questo campo è rappresentata dai condensatori con dielettrici. Di cosa si tratta? Di componenti che immagazzinano l’energia elettrostatica tramite polarizzazione e sono composti da due elettrodi metallici (le armature) separati da materiale isolante (una pellicola dielettrica). Il funzionamento è semplice: quando si applica una tensione elettrica alle armature, le cariche si separano – quelle positive vengono attratte verso l’elettrodo negativo e quelle negative dall’elettrodo positivo – polarizzando il dielettrico.
Rispetto alle batterie questi dispositivi hanno densità di potenza ben maggiori, offrono rapidi tempi di carica e scarica e non vanno incontro a fenomeni di degradazione dell’elettrolita. Ma se non hanno ancora spopolato nell’ambito dell’energy storage un motivo c’è. La densità di energia degli attuali dielettrici, ossia la quantità di energia che riescono a immagazzinare, non regge il confronto con quella delle batterie ricaricabili.
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Un approccio su scala nanometrica
A dare una mano al comparto è oggi un gruppo di ricerca della Nagoya University in Giappone in collaborazione con l’Istituto nazionale per la scienza dei materiali. Gli scienziati, guidati dal professor Minoru Osada, hanno messo a punto un capacitor nanostrutturato con le più alte prestazioni di accumulo mai raggiunte.
Poiché l’energia immagazzinata nei condensatori con dielettrici è correlata alla polarizzazione, la chiave per incrementare densità di energia è applicare un campo elettrico il più elevato possibile a un materiale con un’alta costante dielettrica. Tuttavia, gli attuali isolanti presentano dei limiti nella capacità di gestire tali campi. Per superare il problema, il gruppo ha utilizzato strati di nanofogli di calcio, sodio, niobio e ossigeno con una struttura cristallina di perovskite, che offre eccellenti proprietà dielettriche come l’elevata polarizzazione.
“Abbiamo scoperto – ha spiegato Osada – che utilizzando questa proprietà, possiamo applicare un campo elettrico elevato a materiali dielettrici con elevata polarizzazione, convertendolo in energia elettrostatica senza perdite e raggiungendo la più alta densità di energia mai registrata”. I risultati del gruppo di ricerca hanno confermato che i condensatori con dielettrici a nanofogli raggiungono una densità di energia superiore di 1-2 ordini di grandezza pur mantenendo la stessa elevata densità di uscita, mantenendosi stabili per più cicli e anche a temperature elevate fino a 300°C. La ricerca è stata pubblicata su Nano Letters (Testo in inglese).
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