Batterie al grafene, il futuro di auto e smartphone

Il cellulare si ricarica in 20 minuti, l’auto elettrica in 8. Il potente conduttore rivoluziona il mondo delle batterie.

L’azienda statunitense Appear metterà in commercio, a partire da fine marzo, il primo smarthone 5G alimentato da una batteria al grafene. Nel gennaio 2021, infatti, l’azienda ha messo a punto un device rivoluzionario in grado di ricaricare la propria batteria in soli 20 minuti.
Il gruppo cinese Gac ha sviluppato nei suoi laboratori una batteria al grafene per veicoli. A oggi  gli studi danno ottimi risultati e l’azienda procede con i test su strada. Il crossover compatto Aion V è munito di questa potente batteria in grado di raggiungere l’80% della carica in soli 8 minuti (rispetto agli attuali 30 minuti). La produzione in serie del veicolo dovrebbe partire da settembre 2021.

Un materiale ricco di proprietà: scopriamo che cos’è il grafene per batterie

Il grafene è costituito da milioni di atomi di carbonio disposti l’uno accanto all’altro in una struttura esagonale. Il reticolo è una “pellicola” finissima, un milione di volte più sottile di un capello umano. Il grafene è il componente base che si utilizza, ad esempio, per la realizzazione della grafite delle mine delle matite. Se la grafite possiede una struttura 3D, il grafene è 2D. Questo materiale bidimensionale è stato isolato per la prima volta nel 2004, utilizzando un pezzo di nastro adesivo per “staccare” gli strati sottili dalla grafite. La bidimensionalità del grafene è all’origine di una serie di proprietà che lo rendono adatto  a una grande varietà di utilizzi. Il materiale infatti è:

• Sottile e leggero, adatto per la telefonia, l’aeronautica e il settore meccanico
• Forte, più dell’acciaio e del diamante, quindi ha una maggiore resistenza all’usura
• Flessibile e trasparente, utilizzabile per schermi pieghevoli di smartphone o per dispositivi indossabili
• Conduttore elettrico molto efficace, perfetto per batterie di telefoni al grafene, computer e auto

I metodi di produzione del grafene, vantaggi e limiti

Per poter essere utilizzato, il grafene deve possedere una purezza e una qualità straordinarie. A oggi esistono diversi metodi di estrazione del grafene. Innanzitutto, la deposizione chimica da vapore per ottenere il grafene a partire dal metano. Esiste poi l’esfoliazione in fase liquida, ossia un metodo che utilizza gli ultrasuoni per “scuotere” la grafite e separare i suoi strati. Infine, si può utilizzare l’ esfoliazione meccanica della grafite mediante particolari reagenti chimici.

Nonostante i grandi vantaggi del grafene, questi metodi di estrazione del materiale hanno purtroppo dei punti deboli. Le condizioni di preparazione devono essere estremamente precise, mentre impiegare reagenti chimici aggressivi e inquinanti crea problemi di smaltimento sostenibile. Il Gac Group afferma che, per la propria batteria al grafene per veicoli, ha utilizzato una tecnologia di produzione 3D, semplice, stabile ed efficiente. Il metodo innovativo permette di abbattere i costi di produzione a un decimo delle tecniche tradizionali.

Il grafene per le batterie, maggiore durata e minor usura

Le attuali batterie dei telefoni hanno ioni litio ed elettrodi in grafite.  A ogni ciclo di carica gli ioni litio penetrano tra gli strati di grafite che è in grado di immagazzinarli in modo efficiente. Questo processo però distrugge a poco a poco la grafite e infatti lo smartphone, col passare del tempo, si scarica sempre più rapidamente. Il grafene invece, grazie alla sua flessibilità, riesce a resistere molto più a lungo. Inoltre, l’elevata conducibilità elettrica permette alla batteria al grafene di ricaricarsi in pochissimo tempo.

Proprio per sviluppare al meglio le qualità del grafene, per realizzare batterie ultraresistenti e non solo, è nata la Flagship Graphene. Si tratta di un’ iniziativa europea che prevede l’investimento di 1 miliardo di euro in 10 anni (2013-2023), con l’obiettivo di portare il grafene dai laboratori al mercato. Il CNR (Consiglio Nazionale delle Ricerche) guida la vice-presidenza della Flagship Graphene ed è coinvolto con diversi gruppi di ricerca nei settori dei nanocompositi, dell’elettronica flessibile e dell’ optoelettronica (elettronica che interagisce con la luce).

La ricerca sul grafene in Italia: tecnologie biomediche, packaging elettronico, ottica e aeronautica

Graphene Factory è il portale web del CNR che ha l’obiettivo di fotografare, promuovere e supportare la ricerca sul grafene che si svolge in tutta Italia. Il sito offre informazioni sui principali settori di ricerca, sui progetti in atto e sulle aziende impegnate nell’innovazione.

• L’ISC (Istituto Sistemi Complessi) di Roma ha dimostrato che il grafene può essere sfruttato per la realizzazione di rivestimenti antibatterici, nonché per limitare il danneggiamento da laser dei tessuti biologici.
• L’Istituto SPIN Superconduttori di Genova punta a sfruttare al massimo la proprietà di ultra-conduttore del materiale per batterie al grafene potenziate.
• L’Istituto di Scienze Applicate di Pozzuoli lavora sul grafene per massimizzare la raccolta di energia solare.
• L’ Istituto per i Polimeri di Napoli studia come impiegare il grafene nel packaging elettronico e alimentare.
• L’Istituto Nazionale di Ottica di Firenze si serve del grafene per realizzare laser di massima potenza.
• L’Istituto ISOF di Bologna punta alla realizzazione di batterie al grafene, sensori, antenne e materiali per l’aeronautica.

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