Pochi sanno che la plastica, oltre a essere un ottimo isolante, può anche condurre elettricità. A partire dagli anni Settanta, i ricercatori di tutto il mondo hanno esplorato le potenzialità della plastica in settori come l’elettronica e addirittura lo stoccaggio energetico. Fino a poco tempo fa, sembrava però impensabile utilizzare materiali plastici come il PEDOT per realizzare elettrodi per supercondensatori. Tuttavia, un’innovativa ricerca dell’Università della California di Los Angeles (UCLA) ha dimostrato il contrario, proponendo una nuova soluzione che potrebbe rivoluzionare il modo in cui immagazziniamo e sfruttiamo l’energia.
PEDOT e il suo futuro nello stoccaggio energetico
Partiamo intanto dalle basi: cos’è il PEDOT? Altresì noto come polipropilene(3,4-etilenediossitiophene), è una delle pellicole plastiche elettroconduttive oggi più utilizzate in dispositivi come i touchscreen, le celle solari organiche e anche le finestre intelligenti.
Addirittura, il PEDOT potrebbe essere utilizzato nei supercondensatori. Appunto, “potrebbe”: ad oggi i materiali in PEDOT disponibili sul mercato non hanno né la conduttività elettrica né l’area superficiale necessaria per contenere grandi quantità di energia.
Spieghiamo meglio. A differenza delle batterie, che “stoccano” energia tramite reazioni chimiche lente, i supercondensatori immagazzinano e rilasciano energia accumulando carica elettrica sulla loro superficie. Questo permette loro di caricarsi e scaricarsi molto rapidamente, rendendoli perfetti per applicazioni che richiedono picchi di potenza veloci, come nei sistemi di frenata rigenerativa dei veicoli ibridi ed elettrici o nei flash delle fotocamere. Tuttavia, per funzionare al meglio, devono appunto essere realizzati con materiali che garantiscano sia una conduttività eccellente che una superficie adatta a immagazzinare grandi quantità di energia.
Per rendere il PEDOT “degno” dei supercondensatori, questo team di ricercatori dell’UCLA ha sviluppato un metodo per far “crescere” la superficie del PEDOT sotto forma di nanofibre.
La soluzione dell’UCLA: nanofibre in PEDOT per supercondensatori
Stando a quanto raccontato nel comunicato ufficiale, i ricercatori hanno prodotto il “nuovo” PEDOT attraverso un processo di crescita “verticale” che ha permesso loro di creare delle speciali nanofibre in PEDOT. Simili all’erba che cresce verso l’alto, queste nanofibre aumentano notevolmente la superficie del materiale, consentendogli di immagazzinare più energia.
Per farlo crescere verticalmente, i ricercatori hanno aggiunto una goccia di liquido contenente nanofiocchi di ossido di grafene e cloruro ferrico su un foglio di grafite, esponendo poi il materiale a un vapore di molecole precursori (i monomeri EDOT).
“La crescita verticale del materiale ci consente di creare elettrodi in PEDOT che immagazzinano molta più energia rispetto al PEDOT tradizionale“, ha detto il ricercatore Maher El-Kady, uno degli autori della ricerca pubblicata su Advanced Functional Materials. “La carica elettrica viene immagazzinata sulla superficie del materiale e i tradizionali materiali in PEDOT non hanno una superficie sufficiente per mantenere molta carica. Abbiamo aumentato la superficie del PEDOT e quindi aumentato la sua capacità sufficiente per costruire un supercondensatore“.
Il risultato finale è un materiale in PEDOT con una conduttività 100 volte superiore rispetto ai materiali tradizionali, e con un’area superficiale elettrochimicamente attiva quattro volte maggiore.
Maggior capacità di stoccaggio e di resistenza ai cicli di carica
La soluzione dell’UCLA permetterà in futuro di realizzare supercondensatori con una capacità di stoccaggio energetico maggiore, fino a 4600 milliFarad per centimetro quadrato (quasi dieci volte superiore a quella del PEDOT tradizionale). Inoltre, il materiale è estremamente resistente, sopportando oltre 70.000 cicli di carica, risultando quindi ideale per applicazioni durevoli nello stoccaggio energetico.
Il nuovo materiale in PEDOT non è solo più efficiente, ma offre anche una soluzione promettente per le sfide energetiche globali. Grazie alle sue prestazioni eccezionali, questa tecnologia potrebbe essere la chiave per sviluppare supercondensatori più veloci, efficienti e longevi.
