Energy storage e batterie ecosostenibili: è arrivato il momento di quelle di carta?

Energy storage e batterie ecosostenibili: è arrivato il momento di quelle di carta?

Il punto debole delle energie rinnovabili è l’impossibilità di prevedere con certezza le condizioni atmosferiche, dalle quali dipende la produzione di energia (si pensi all’energia eolica e fotovoltaica, ad esempio). Proprio per questo motivo si rendono necessarie delle grandi batterie in grado di stoccare l’energia prodotta quando le condizioni meteo sono favorevoli e dispensarla quando ce n’è bisogno (il c.d. energy storage). Una grande sfida è quella di creare delle batterie ecosostenibili. Un esempio sono le batterie di carta, sviluppate dalla svedese Linköping University, in collaborazione con il KTH Royal Institute of Technology, con Innventia (istituto di ricerca leader nel mondo nell’ambito delle innovazioni basate sulle materie prime forestali), con la Technical University della Danimarca e con l’Università del Kentucky.

La batteria di carta è un nuovo dispositivo di stoccaggio energetico di notevole capacità, ottenuto a partire da un materiale insolito: un mix tra nanocellulose ed un polimero conduttivo.

Le batterie di carta risultano essere molto sottili, flessibili e rispettose dell’ambiente. Il loro funzionamento è simile a quello delle batterie convenzionali con la sostanziale differenza che non sono presenti agenti corrosivi.

La batteria di carta può essere utilizzata in supercondensatori (in inglese supercapacitors). Un supercondensatore è un condensatore che ha la capacità di accumulare una quantità di carica elettrica molto grande rispetto ai condensatori tradizionali. Mentre questi ultimi hanno valori di capacità dell’ordine dei mF, i supercondensatori possono arrivare oltre i 5000 F (farad).

Le batterie di carta operano e sono realizzate in modo simile a batterie elettrochimiche, ma sono in grado di offrire maggiori prestazioni e possono essere ricaricate-scaricate quasi istantaneamente, avendo così un’elevata potenza specifica. La ricarica avviene in pochi secondi e può essere ripetuta fino ad un centinaio di volte senza che venga persa l’efficienza.

Le dimensioni delle batterie sono pari a 15 centimetri di diametro e pochi decimi di millimetro di spessore – capaci di memorizzare fino a 1 Farad (come i supercondensatori presenti sul mercato).

Il nuovo materiale è costituito da nanocellulose, fibre di cellulosa che, con l’utilizzo di acqua ad alta pressione, vengono suddivise in elementi sottilissimi, di soli solo 20 nm di diametro. A queste viene aggiunto in soluzione acquosa un polimero (facilmente disponibile sul mercato) caricato elettricamente (PEDOT PSS), che le riveste completamente. Nella soluzione acquosa le fibre di cellulosa formano dei grovigli e il liquido presente negli spazi funge da elettrolita.

Il materiale si presenta dall’aspetto scuro e plasticoso, e viene realizzato in fogli

Film sottili che lavorano come condensatori esistono da qualche tempo, ma la grande novità è che questo materiale è tridimensionale, ovvero lo spessore potrebbe aumentare, aumentando così anche la capacità di accumulo di energia.

Nel frattempo questo materiale innovativo detiene già 4 record mondiali:

  • massima carica e capacità nel campo dell’elettronica organica, 1 C e 2 F (Coulomb e Farad);
  • massima corrente misurata in un conduttore organico, 1 A (Ampere);
  • massima capacità di condurre simultaneamente ioni ed elettroni;
  • massima transconduttanza in un transistor, 1 S (Siemens).

Il prossimo obiettivo dello staff di progettazione è far diventare la batteria di carta un prodotto disponibile sul mercato di largo consumo.

Articolo di Roberta Lazzari


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