Accumulare energia in pochi nanometri. Una tecnologia innovativa dai laboratori del DII

19 Marzo 2024
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Un condensatore che permette di accumulare energia in pochi nanometri per applicazioni fino a media e alta frequenza. Il lavoro pubblicato su Advanced Materials, la più prestigiosa rivista del settore

Una tecnologia innovativa per produrre condensatori robusti, flessibili e a basso costo, capaci di accumulare energia in pochi nanometri e posizionabili su ogni tipo di substrato, anche flessibile. 

Lo studio del team del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa coordinato da Giuseppe Barillaro è stato condotto in collaborazione con il Surflay Nanitec GmbH di Berlino e il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pisa, ed è stato pubblicato su Advanced Materials (link), la rivista più prestigiosa nel settore della scienza dei materiali.
 
“Un condensatore - spiega Giuseppe Barillaro - è in grado di immagazzinare energia in un materiale isolante posto tra due conduttori metallici. La sua capacità aumenta al diminuire dello spessore del materiale isolante.
Il metodo che abbiamo sviluppato ci consente di controllare l’assemblaggio dei condensatori chiamati elettrolitici, cioè quelli che tipicamente usano come materiale isolante un liquido o un gel con un'elevata concentrazione di ioni (detto elettrolita). 
I condensatori elettrolitici prodotti con il nostro metodo hanno spessore ridotto di almeno cinquanta volte rispetto ai condensatori attuali, mentre una frequenza di funzionamento di almeno cinquanta volte superiore.
A differenza degli attuali condensatori elettrolitici, che funzionano per applicazioni a bassa frequenza, come le reti elettriche, i nano-condensatori dell’Università di Pisa possono essere usati per applicazioni a media ed alta frequenza, come per esempio le comunicazioni wireless".
 
Il processo di produzione individuato dai ricercatori è molto semplice: un substrato metallico sul quale è stata indotta una carica superficiale viene immerso in un liquido contenente un polielettrolita di spessore nanometrico con carica opposta, che quindi si deposita sul metallo. Il substrato può essere poi immerso di nuovo in un altro liquido contenente un polielettrolita con carica opposta alla prima, per formare un altro strato. Il processo è semplicissimo e può essere automatizzato con una macchina che immerge alternativamente il metallo nei due liquidi, il che lo rende anche estremamente economico.
 
“Il condensatore  - conclude Barillaro - è realizzabile su qualunque tipo di substrato, anche su materiali curvi e flessibili, e su aree molto vaste, aprendo la strada a diverse possibili applicazioni in campo di sistemi wearable, automotive, e energy storage. Per esempio, la flessibilità intrinseca dei polielettroliti permetterebbe di usarli all’interno di una pelle elettronica – electronic skin -, come sensori di pressione e/o per immagazzinare energia, ma le potenzialità sono infinite, e in settori che nella nuova rivoluzione industriale del 5.0 assumeranno una rilevanza sempre più marcata. 
 
Il lavoro su materiali innovativi per immagazzinare energia infatti è una delle ricerche condotte nel laboratorio FoReLab del Dipartimento, dedicato allo sviluppo delle tecnologie per industria e società 5.0.