Nuovi supercapacitori: più energia grazie alle nanotecnologie

I supercapacitori sono dispositivi in grado di accumulare l'energia elettrica in due condensatori in serie a doppio strato elettrico.

Mentre i capacitori convenzionali, comunemente utilizzati in elettronica, rendono disponibili al bisogno enormi potenze, ma solo piccole quantità di energia, i supercapacitori riescono invece a fornire anche discrete quantità di energia e possono essere caricati e ricaricati in maniera estremamente rapida, subendo un notevole numero di cicli senza risentire di processi di degrado. In sostanza, i supercapacitori sono interessanti per la loro elevata densità di potenza e per la loro grande durata; inoltre, l’immagazzinamento di energia è più semplice e più reversibile rispetto alle batterie convenzionali.

 

Queste caratteristiche rendono i supercapacitori idonei a sostituire o a supportare le batterie in diverse applicazioni, specialmente quelle che richiedono livellamento del carico. In generale, questi dispositivi possono essere utilizzati in abbinamento alle comuni batterie e ai sistemi UPS per migliorarne le caratteristiche di efficienza e contribuire alla risoluzione di tutte le problematiche di Power Quality e Bridging Power, fondamentali, per esempio, nel settore delle energie rinnovabili.

 

Nonostante esista e sia diffusa la possibilità di applicare i supercapacitori in ambito stazionario (ad esempio negli aerogeneratori), il settore in cui questi dispositivi stanno riscuotendo maggiore interesse è quello dei trasporti, in particolare per la costruzione dei cosiddetti freni rigenerativi. Il principale vantaggio di questo genere di supercapacitori è la grande potenza e la possibilità di subire senza danni un numero molto elevato di cicli di carica/scarica. Purtroppo la loro scarsa capacità energetica li rende adatti ad integrare l’utilizzo delle batterie principali di una vettura elettrica, ma non a sostituirle completamente. Abbinando un supercapacitore alle batterie è possibile, tuttavia, risparmiare fino al 25% di energia, soprattutto nel traffico cittadino, i cui cicli di guida sono caratterizzati da continue accelerazioni e frenate. Potenziali di risparmio simili sono registrabili anche nel traffico pubblico locale su rotaia.

 

Per la costituzione di supercapacitori ancora più performanti sono attualmente oggetto di ricerca diversi tipi di elettroliti organici, mentre su fronte degli elettrodi sono allo studio nanotubi di carbonio e film di carbonio nanostrutturato con elevata porosità rapportata alla bassa densità del materiale.

La FastCAP Systems di Cambridge, una società fondata di recente da membri del MIT, ha ricevuto un massiccio finanziamento da parte del DOE  (Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti) per lo sviluppo e la commercializzazione di un ultracondensatore potenziato con nanotubi di carbonio. Tali ultracondensatori dovrebbero essere capaci di immagazzinare fino a cinque volte più energia rispetto ai modelli presenti sul mercato, portando la loro capacità ad un quarto di quella delle batterie agli ioni di litio. Recentemente, inoltre, i ricercatori della Nanotek Instruments di Dayton, Ohio, hanno realizzato un supercapacitore con elettrodi realizzati in sottilissimi fogli di grafene, e caratterizzato da un’eccezionale densità energetica (fonte: Nano Letters).

Sul fronte della ricerca, infine, è da segnalare l’attività in corso presso l’Istituto CNR-ITAE di Messina, orientata a sviluppare un supercapacitore costituito solo da componenti solidi e che utilizza, al posto dei tradizionali elettroliti liquidi, un elettrolita solido polimerico (supercapacitore tutto-solido).

 

Spazio in collaborazione con Crit-Research

Facebooktwitterlinkedinmail