Una scoperta cinese aumenta la tensione e la stabilità dei supercondensatori a base d'acqua

I supercondensatori immagazzinano energia in modo diverso dalle normali batterie. Invece di utilizzare reazioni chimiche, si basano sulla separazione degli ioni. Ciò consente loro di caricarsi e scaricarsi molto più rapidamente. Sono già utilizzati in tecnologie come la frenata rigenerativa e la stabilizzazione della rete. Finora, però, hanno dovuto affrontare gravi limitazioni.

La maggior parte dei supercondensatori si basa su elettroliti a base d'acqua. Questi sono più sicuri ed economici delle alternative organiche, ma si rompono a basse tensioni, di solito inferiori a 1 volt. Inoltre, non sono in grado di resistere a temperature estreme: congelano al di sotto di 0°C e bollono a 100°C. Questi inconvenienti ne hanno limitato l'uso nei veicoli elettrici e in altri ambienti difficili.

Il team di ricerca cinese ha affrontato il problema con una nuova miscela di elettroliti. La loro formula combina acqua, un liquido ionico chiamato EMIMNTf₂ e trifluorometanesolfonato di potassio (KOTf). Normalmente, l'acqua e i liquidi ionici non si mescolano, ma il sale di potassio aiuta a ristrutturare i legami idrogeno dell'acqua, permettendo ai liquidi di combinarsi.

Questo cambiamento impedisce all'acqua di rompersi, consentendo al supercondensatore di funzionare a 3,37 volt, quasi tre volte la tensione normale. Inoltre, rimane stabile da 0 a 100°C, il che lo rende molto più utile in condizioni reali.

Il prototipo si è anche dimostrato duraturo: ha mantenuto 81,8% della sua capacità dopo 10.000 cicli di carica-scarica a 60°C. In confronto, i supercondensatori commerciali possono perdere fino a 30% della loro capacità dopo soli 5.000 cicli.

La densità energetica è un altro punto di forza. Pur non essendo ancora al livello delle batterie agli ioni di litio, il nuovo dispositivo ci è andato vicino; inoltre ha mantenuto i vantaggi della carica-scarica rapida che rendono unici i supercondensatori.

Tuttavia, le sfide rimangono. Il nuovo elettrolita è ancora in fase di laboratorio. La scalabilità per la produzione industriale richiederà nuovi metodi e i sistemi EV esistenti dovranno essere riprogettati per gestire la tensione più elevata.

Gli esperti affermano che la scoperta è promettente, ma sottolineano la necessità di una produzione economicamente vantaggiosa prima di poter competere con le tecnologie delle batterie esistenti. Se questi ostacoli saranno superati, il nuovo sistema potrebbe ridurre la dipendenza dal litio, offrendo un'opzione di ricarica più sostenibile e veloce.

La ricerca fa parte della più ampia spinta della Cina verso l'innovazione nel campo dell'accumulo di energia. Dal 2015, il Paese ha depositato oltre 75% di brevetti globali relativi ai supercondensatori. Quest'ultimo progresso sostiene gli sforzi globali per migliorare lo stoccaggio della rete e per elettrificare i trasporti utilizzando tecnologie più pulite ed efficienti.

Anche se non sostituirà presto le batterie agli ioni di litio, questo sistema ibrido potrebbe aprire la strada a nuove combinazioni che uniscono i punti di forza di entrambi i tipi di batterie.