Batterie più performanti grazie ai supercondensatori

Batterie più performanti grazie ai supercondensatori

Una ricerca sui supercondensatori dimostra la possibilità di incrementare la capacità di stoccaggio e le prestazioni, per futuri sviluppi nel mondo delle batterie

di Andrea Bai pubblicata il , alle 17:13 nel canale Periferiche
 

Uno degli aspetti chiave per lo sviluppo della prossima generazione di veicoli elettrici, sistemi di energia solare ed altre tecnologie di energia pulita è rappresentato dalla possibilità di disporre di un modo efficiente per conservare e stoccare l'energia. Una delle modalità attualmente impiegate per la conservazione dell'energia elettrica prevede l'impiego dei supercondensatori, ovvero particolari condensatori in grado di accumulare una quantità di carcia elettrica molto più elevata rispetto ai condensatori tradizionali: le capacità di questi ultimi sono misurate nell'ordine dei millifarad (mF), mentre i supercondensatori sono in grado di stoccare fino a 5000F.

I ricercatori della Tohoku University di Sendai, in Giappone, hanno recentemente condotto alcune ricerche su un materiale denominato "zeolite-templated carbon" ovvero carbonio opportunamente modificato in maniera tale che la struttura cristallina sia simile a quella delle zeoliti, minerali caratterizzati da una struttura cristallina micro-porosa. E' proprio la possibilità di disporre di una struttura porosa che permette di incrementare in maniera considerevole le prestazioni dei supercondensatori.

Per stoccare l'energia elettrica è necessario che il condensatore venga caricato da ioni che migrano da una soluzione verso uno dei due elettrodi, dove vengono assorbiti. Prima di poter raggiungere la superficie dell'elettrodo, gli ioni sono costretti a passare attraverso i pori, nella maniera più veloce ed efficiente possibile. Sinteticamente: più velocemente gli ioni viaggiano attraverso i pori, più velocemente il condensatore viene caricato. Inoltre maggiore è la densità degli ioni assorbiti nell'elettrodo, maggiore sarà la carica che il condensatore può stoccare, risultando così in un'elevata capacità elettrica volumetrica.

In precedenza a questo esperimento sono già stati testati materiali con pori di varie dimensioni e con strutture cristalline differenti, allo scopo di ottenere sia un veloce trasporto di ioni, sia un elevato assorbimento degli stessi all'elettrodo. I due requisiti sembravano tuttavia essere in contrapposizione tra loro dal momento che gli ioni sono in grado di muoversi più velocemente attraverso pori larghi, ma questi ultimi riducono la densità dell'elettrodo e di conseguenza la densità degli ioni asorbiti.

Il carbonio modellato sulla struttura cristallina degli zeoliti presenta pori con un diametro di 1,2 nanometri ed una struttura molto ordinata. Le dimensioni dei pori consentono di mantenere una elevata densità di assorbimento, mentre la struttura ordinata consente un rapido transito degli ioni. In uno studio precedente è stato dimostrato che i nanopori con dimensioni inferiori ad 1,2 nanometri non permettono agli ioni di transitare in maniera sufficientemente veloce. Il diametro di 1,2 nanometri è parso essere il miglior bilanciamento possibile tra prestazioni e capacità volumetrica.

Hirotomo Nishihara, uno dei coautori dell'articolo che è stato pubblicato sull'ultima edizione del Journal of the American Chemical Society, ha commentato: "Ora stiamo tentando di incrementare ulteriormente la densità di energia del carbonio per portarlo allo stesso livello delle batterie secondarie. Se un condensatore di questo verrà sviluppato ed impiegato sui dispositivi mobile, come un telefono cellulare, il tempo di ricarica può essere ridotto sino a pochi minuti. Un'altra importante applicazione futura di questi supecondensatori è la possibilità di realizzare batterie di supporto nei veicoli elettrici per prolungare la vita della batteria. Il raggiungimento di una più elevata densità di energia rappresenta un elemento chiave anche per questo obiettivo.

38 Commenti
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Freaxxx28 Gennaio 2011, 17:20 #1
si iniziano ad aprire i famosi cassettini rimasti chiusi in tempo di "crisi" ...

anche perché un cellulare o un tablet con dualcore, 4Gb di RAM, fullHD, touch, giroscopio e contapassi non lo vendi a molto se dura 4 minuti.
ranf28 Gennaio 2011, 18:05 #2
Originariamente inviato da: Freaxxx
anche perché un cellulare o un tablet con dualcore, 4Gb di RAM, fullHD, touch, giroscopio e contapassi non lo vendi a molto se dura 4 minuti.


anche io la penso come te..... ma sento già schiere di utenti che sbavano per i nuovi smartphone dual-core e sono disposti a girare con caricabatteria in ogni angolo pur di fare numeri fantasmagorici a quadrant o per giocare fluido all'ultimo mattone della gameloft.....
Shivan man28 Gennaio 2011, 18:19 #3
Ma se questi supercondensatori avranno le caratteristiche tipiche di un condensatore, mi chiedo come facciano a sostituire le batterie, o anche a fornire un supporto. Le curve di scarica di un condensatore sono molto diverse da quelle delle batterie, e comunque non sarebbe possibile utilizzare tutta la capacità di un condensatore. Ci sarebbe da complicare il circuito di alimentazione.
Le batterie ricaricabili durante la maggior parte della curva di scarica mantengono una tensione abbastanza costante (circa uguale alla tensione nominale, dipende dalla corrente assorbita) e terminata la carica non hanno una tensione nulla, invece nei condensatori la tensione decresce esponenzialmente, e per utilizzare tutta l'energia immagazzinata bisogna arrivare ad una tensione nulla.
E poi, per quanto rimane immagazzinata la carica?
dtreert28 Gennaio 2011, 19:00 #4
imo superconduttori = supercosti =P

apparte gli scherzi, spero che finiscano certe news ed inizino a produrre qualcosa
simone1400028 Gennaio 2011, 20:26 #5
si dessero una mossa
marchigiano28 Gennaio 2011, 20:28 #6
Originariamente inviato da: Freaxxx
si iniziano ad aprire i famosi cassettini rimasti chiusi in tempo di "crisi" ...

anche perché un cellulare o un tablet con dualcore, 4Gb di RAM, fullHD, touch, giroscopio e contapassi non lo vendi a molto se dura 4 minuti.


mi sa che non hai capito, i supercondensatori non servono ad avere più autonomia ma tempi di ricarica inferiori e/o assorbire picchi di corrente che danneggerebbero le batt normali

le autonomie anzi dovrebbero calare rispetto alle batt li-poly
II ARROWS28 Gennaio 2011, 21:33 #7
Ma sono l'unico a cui non frega nulla che il cellulare si carichi in "pochi minuti"?
Normalmente carico il cellulare di notte, mantenendo 8 ore di sonno, anche di più perché comunque arrivo a casa e faccio altre cose oltre che dormire, può anche impiegare anche 7 ore a caricarsi completamente... l'importante è che ci metta molto a scaricarsi.
dtreert28 Gennaio 2011, 21:53 #8
io non sempre mi ricordo di caricare la batteria del cell e me ne accorgo quando mi preparo per uscire hehehehe.
avvelenato28 Gennaio 2011, 23:30 #9
secondo me questa dei supercondensatori usati nei cellulari è un'invenzione dell'articolista, sono convinto che nel paper originale non si fa accenno minimamente a questo tipo di potenziale utilizzo.
Anche perché ciò che serve nei cellulari attuali è soprattutto densità di energia (per peso e per volume), mentre la potenza specifica serve più per impieghi ad alto assorbimento, come i motori elettrici, e tra l'altro è proprio nello stesso ambito che ci si potrebbe avvantaggiare di cariche ridotte.

Io credo in effetti che con una densità energetica paragonabile (90%) agli accumulatori li-ion, a parità di costi e senza problemi di autoscarica, i supercondensatori potrebbero rendere l'auto elettrica commercialmente interessante.
ronthalas28 Gennaio 2011, 23:52 #10

supercondesatori

Il contensto di utilizzo di questi supercondensatori ha più senso nell'ambito automotive, dove ne metti uno (o più a fare da supporto alla batteria, nelle situazioni di start&stop, oppure di ibrido, dove la batteria fa sì da scorta primaria, ma viene sollecitata con valori di corrente meno intensi, o comunque costanti, mentre il condensatore si prende le botte di corrente in entrata o uscita, a seconda che sia una ripartenza, o una frenata. La Citroen (e il gruppo PSA) sta lavorando su questa tencologia, potrebbe portarla su strada già con la nuova C4 (ovviamente non questi supercondesatori, ma l'idea è questa) in versione Start&Stop, che su motori diesel, chiede correnti di spunto ancora più elevate. Stressi di meno la batteria, e ti dura di più... mentre il condensatore fa da "molla" e di solito, non si rompe facilmente. Tra l'altro a tensioni più basse, si aumenta (se non sbaglio) la densità elettrica, oltre all'intensità di corrente.
Sul pc, o cellulare, non te ne fai niente, ma su un UPS già ne trovi utilità, visto che con le variazioni di carico, specie se un po' intense, tendono a soffrire o andare in protezione (per non parlare del filtro sull'esterno, specie contro i fulmini, magari lo assorbe e lo riconverte, invece di limitarsi a filtrarlo e salvarti il pc).

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