Grafene e nuove tecnologie: ecco due progetti futuristici

Sentiremo a lungo parlare di grafene e nuove tecnologie. È infatti questo il materiale del nuovo millennio: molto resistente, sottilissimo e perfetto come conduttore elettrico, questo materiale continua a stupire. Per capire perché quella del grafene e nuove tecnologie è la coppia del momento bisogna ovviamente prima capire quali sono le caratteristiche peculiari di questo sottilissimo strato di atomi di carbonio, disposti elegantemente a nido d’ape uno vicino all’altro. Scoperto negli anni Novanta così, quasi per gioco, da due ricercatori russi – Andre Geim e Kostya Novoselov, che per questo hanno vinto il Nobel per la Fisica nel 2010 – oggi il grafene promette di fare scintille e di rivoluzionare il mondo della meccanica, della chimica, dell’elettronica e sì, anche quello della produzione e dell’accumulo di energia elettrica. Nello specifico, oggi parleremo di due distinti accoppiamenti tra grafene e nuove tecnologie: il primo relativo all’accumulo energetico, e il secondo relativo alla produzione di energia elettrica sostenibile e rinnovabile.

Grafene e nuove tecnologie: la rivoluzionaria batteria firmata Samsung

Dimentichiamoci delle semplici batterie al litio: il Samsung Advanced Institute of Technology ha infatti sviluppato un nuovo tipo di batteria a partire da delle originalissime ‘palle di grafene’, le quali sembrano permettere delle sessioni di ricarica cinque volte più veloci rispetto a quelle relative alle batterie odierne al litio. Questo innovativo materiale per batterie, infatti, riesce ad arrivare al 100% della carica in soli 12 minuti. Ma come è possibile tutto questo? Per arrivare a questi entusiasmanti risultati i ricercatori di Samsung hanno sviluppato un meccanismo in grado di trasformare le sottilissime lastre di grafene in piccole ‘sfere’, mediante l’utilizzo di silice. Questo materiale così sintetizzato va poi a prendere posto sia nella parte dell’anodo che in quella del catodo nelle classiche batterie al litio.

Le batterie del futuro

Ad oggi le batterie al litio sono fondamentali in qualsiasi campo: si va infatti dalla loro applicazione nella realizzazione dei dispositivi mobili fino a quella dei veicoli elettrici, per non parlare del loro crescente utilizzo per i sistemi di accumulo energetico delle reti elettriche sostenibili. Visti gli scenari futuri e le sempre più grandi necessità in termini di storage elettrico, sono molti i centri di ricerca a livello internazionale che stanno lavorando per migliorare sia la capacità totale delle batterie che il loro tempo di ricarica. Ed è qui, ovviamente, che subentrano le ricerche su grafene e nuove tecnologie. A favore delle nuove batterie presentate dal Samsung Advanced Institute of Technology c’è il fatto che queste sono pensate per lavorare alla perfezione anche ad alte temperature, il che è ovviamente un vantaggio per delle batterie che sono destinate ad essere utilizzate anche per alimentare il motore dei veicoli elettrici. Come ha spiegato Samsung «siamo stato in grado di migliorare concretamente la capacità delle batterie al litio in un momento in cui i mercati dei dispositivi mobili e dei veicoli elettrici stanno crescendo rapidamente. Il nostro impegno è quello di continuare ad analizzare e ad esplorare tecnologie alternative per la costruzione di batterie sempre più efficienti».

Grafene e nuove tecnologie: il nano-generatore di energia

E se quelli di Samsung hanno ben pensato di usare la grafite per accumulare energia elettrica, i fisici della University of Arkansas sono andati oltre, creando un nano generatore di elettricità in grado di utilizzare il movimento del grafene per creare dell’energia pulita e rinnovabile all’infinito. Questa innovativa e futuristica tecnologia si chiama Vibration Energy Harvester, ed è stata ideata dapprima dal professore di fisica Paul Thibado, che insieme al suo team di ricerca aveva osservato dapprima dei microscopici movimenti tra nei fogli di grafene, il quale come anticipato è costituito da singoli strati di atomi di carbonio.

I voli di Lévy del grafene

Due sarebbero i differenti movimenti interni al grafene individuati dai ricercatori statunitensi: un moto browniano appena percettibile e un altro tipo di moto più grande, coordinato all’altro. Da una parte, dunque, ci sono dei piccoli movimenti casuali, e dall’altra ci sono movimenti più grandi e bruschi, andando a formare un fenomeno che – nella biomedicina e nella dinamica del clima – è conosciuto come ‘i voli di Lévy‘, in onore del fisico francese Paul Lévy. Per la prima volta, però, questi movimenti sono stati osservati in un materiale inorganico, come per l’appunto è il grafene.

Il funzionamento del Vibration Energy Harvester

Il team non ha impiegato molto a capire che questi movimenti erano determinati dai cambiamenti di temperatura interni al laboratorio. Le increspature naturali di questo materiale, dunque, invertono la loro curvatura come risposta ai cambiamenti di temperatura. E questo movimento, grazie alla più recente nano-tecnologia, può essere sfruttato per produrre energia elettrica pulita e rinnovabile. Ma in cosa consiste, dunque, il dispositivo Vibration Energy Harvester? Questo è formato essenzialmente da un foglio di grafene sospeso a metà tra due elettrodi metallici. Nel momento in cui il grafene, per effetto dei movimenti sopra spiegati, si flette verso l’alto, esso va a indurre una carica positiva verso l’elettrodo superiore; nel momento in cui si flette verso il basso, invece, carica l’elettrodo inferiore, producendo così corrente. E questo processo potrebbe continuare all’infinito!