Gli ingegneri del MIT creano un'energia

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Secondo un nuovo studio, due dei materiali storici più onnipresenti dell’umanità, il cemento e il nerofumo (che assomiglia al carbone molto fine), potrebbero costituire la base per un nuovo sistema di stoccaggio dell’energia a basso costo. La tecnologia potrebbe facilitare l’uso di fonti di energia rinnovabile come l’energia solare, eolica e delle maree, consentendo alle reti energetiche di rimanere stabili nonostante le fluttuazioni nella fornitura di energia rinnovabile.

I due materiali, hanno scoperto i ricercatori, possono essere combinati con l’acqua per creare un supercondensatore – un’alternativa alle batterie – che potrebbe fornire l’immagazzinamento di energia elettrica. Ad esempio, i ricercatori del MIT che hanno sviluppato il sistema affermano che il loro supercondensatore potrebbe eventualmente essere incorporato nelle fondamenta di cemento di una casa, dove potrebbe immagazzinare l’energia di un’intera giornata aggiungendo poco (o niente) al costo delle fondamenta. e fornendo comunque la necessaria resistenza strutturale. I ricercatori immaginano anche una strada concreta che potrebbe fornire la ricarica senza contatto per le auto elettriche mentre viaggiano su quella strada.

La tecnologia semplice ma innovativa è descritta questa settimana sulla rivista PNAS, in un articolo dei professori del MIT Franz-Josef Ulm, Admir Masic e Yang-Shao Horn, e altri quattro del MIT e del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering.

I condensatori sono in linea di principio dispositivi molto semplici, costituiti da due piastre elettricamente conduttrici immerse in un elettrolita e separate da una membrana. Quando viene applicata una tensione ai capi del condensatore, gli ioni caricati positivamente dell'elettrolita si accumulano sulla piastra caricata negativamente, mentre la piastra caricata positivamente accumula ioni caricati negativamente. Poiché la membrana tra le piastre impedisce agli ioni carichi di migrare attraverso, questa separazione delle cariche crea un campo elettrico tra le piastre e il condensatore si carica. Le due piastre riescono a mantenere questa coppia di cariche per lungo tempo per poi erogarle molto velocemente quando necessario. I supercondensatori sono semplicemente condensatori in grado di immagazzinare cariche eccezionalmente grandi.

La quantità di energia che un condensatore può immagazzinare dipende dalla superficie totale delle sue piastre conduttrici. La chiave per i nuovi supercondensatori sviluppati da questo team deriva da un metodo di produzione di un materiale a base di cemento con un’area superficiale interna estremamente elevata grazie a una fitta rete interconnessa di materiale conduttivo all’interno del suo volume complessivo. I ricercatori hanno ottenuto questo risultato introducendo nerofumo – che è altamente conduttivo – in una miscela di calcestruzzo insieme a polvere di cemento e acqua, e lasciandolo indurire. L'acqua forma naturalmente una rete ramificata di aperture all'interno della struttura mentre reagisce con il cemento, e il carbonio migra in questi spazi per creare strutture simili a fili all'interno del cemento indurito. Queste strutture hanno una struttura simile a un frattale, con i rami più grandi che danno origine a rami più piccoli, e quelli che danno origine a ramoscelli ancora più piccoli, e così via, finendo con una superficie estremamente ampia entro i confini di un volume relativamente piccolo. Il materiale viene quindi immerso in un materiale elettrolitico standard, come il cloruro di potassio, una sorta di sale, che fornisce le particelle cariche che si accumulano sulle strutture di carbonio. Due elettrodi realizzati con questo materiale, separati da uno spazio sottile o da uno strato isolante, formano un supercondensatore molto potente, hanno scoperto i ricercatori.

Le due piastre del condensatore funzionano proprio come i due poli di una batteria ricaricabile di tensione equivalente: quando è collegato a una fonte di elettricità, come nel caso di una batteria, l'energia viene immagazzinata nelle piastre, quindi quando è collegato a un carico, l'energia elettrica la corrente ritorna indietro per fornire energia.