All'inizio di settembre un rivenditore cinese di Amazon ci ha contattato per proporci di testare due prodotti piuttosto sgradevoli e piuttosto che cazzo: una mascherina per dormire riscaldata e un cuscino da viaggio gonfiabile, anch'esso riscaldato, in… grafene. Divertiti da questa strana richiesta, abbiamo deciso di approfondire l'argomento e di fare un giro delle applicazioni “tanto attese” intorno al grafene, in particolare nel campo energetico. Piccolo punto tecnologico!
Il grafene è un materiale bidimensionale, cioè costituito da un singolo strato di atomi. Impilando questi strati si ottiene la grafite, una delle forme naturali di carbonio. Sintetizzato nel 2004 presso l'Università di Manchester (ha ottenuto ai suoi "scopritori" il Premio Nobel per la Fisica nel 2010), è stato a lungo considerato un'anomalia fisica, un materiale 2D che si presume fosse instabile.
Il grafene ha proprietà straordinarie:
- Dotato dello stesso principio di costruzione del carbonio, di cui una delle forme naturali è il diamante, è estremamente resistente . Utilizzando il grafene, i ricercatori del MIT sono così riusciti a creare un assieme 3D dieci volte più resistente dell'acciaio, ma leggero come la plastica.
- Composto da un singolo strato atomico, è anche estremamente leggero . Questa proprietà offre interessanti prospettive in particolare nel campo dell'aeronautica, dove il peso dei componenti di bordo ha un impatto diretto sui consumi energetici.
- È un ottimo conduttore termico , con una velocità di trasmissione 30 volte superiore al silicio, il materiale più utilizzato fino ad ora nell'industria elettronica.
- È perfettamente impermeabile e permette di considerare nuovi utilizzi abbinati alle sue proprietà conduttive in ambienti umidi.
- È deformabile e trasparente , e potrebbe dare origine a una nuova generazione di schermi flessibili - anche se le prime versioni di schermi flessibili commercializzati utilizzano ancora la plastica - e nuove generazioni di schermi trasparenti, utilizzabili in particolare sul campo. settore automobilistico
Nel 2018 la Commissione Europea ha lanciato il più grande programma di ricerca mai realizzato a livello europeo, iniettando un budget di 1 miliardo di euro nei prossimi 10 anni. Obiettivo: creare una Graphene Valley che supporti lo sviluppo degli usi industriali del grafene, con la chiave per un importante guadagno economico.
Applicazioni nel settore energetico
Molte sono le applicazioni del grafene nel campo energetico, sfruttando le proprietà conduttive del materiale.Raffreddamento
In un settore che ci tocca quotidianamente, abbiamo citato l'annuncio del produttore Huawei che ha introdotto il primo telefono cellulare dotato di un sistema di raffreddamento a base di grafene che consente di condurre il calore in una camera di evaporazione con la massima efficienza, e quindi meno stress sui componenti per migliorarne la durata.
Huawei mate 20 xBatterie
La start-up Earthdas sta lavorando su batterie al litio i cui anodi contengono grafene e permettono di accelerare la velocità delle cariche in proporzioni enormi. Parliamo di una ricarica 12 volte più veloce rispetto ad una tradizionale batteria agli ioni di litio e di una ricarica completa in pochi minuti per un telefono.Si ritiene inoltre che l'incorporazione del grafene nelle batterie agli ioni di litio, in sostituzione del silicio, prolunghi la durata della batteria grazie alla capacità del grafene di resistere alle variazioni di temperatura. Nel caso di applicazioni legate a batterie agli ioni di litio, il grafene rafforza quindi sostanzialmente le capacità di una batteria tradizionale per aumentarne le prestazioni e la longevità.
È già possibile trovare un modello di batterie esterne al grafene presso Elecjet, che offre un modello da 6000 mAh con un tempo di ricarica di 20 minuti.
Condensatori
Anche gli ultracondensatori (o "supercapacitatori") vengono studiati per migliorarne la vita e ridurre drasticamente i tempi di caricamento. A differenza delle batterie convenzionali che producono energia attraverso una reazione chimica, i supercondensatori immagazzinano energia sotto forma di un campo elettrostatico. Un supercondensatore classico si carica (e si scarica) molto più velocemente di una batteria, ma d'altra parte immagazzina molta meno energia.NAWATECHNOLOGIES
L'uso del grafene potrebbe consentire di combinare la velocità di caricamento dei superconduttori con una capacità di archiviazione molto maggiore. L'azienda francese Nawa Technologies sta quindi lavorando su supercondensatori costituiti da nanotubi di carbonio - fogli di grafene arrotolati - che alla fine forniranno energia più pulita (senza componenti chimici) e più sostenibile, in particolare nel campo dei trasporti. L'azienda sta già testando auto da corsa elettriche di Formula E per testare questi prodotti in condizioni estreme.
Nel 2017 Lamborghini ha presentato il suo progetto di supercar elettrica realizzato in collaborazione con il MIT, Terzo Millennio, di cui il grafene è uno dei componenti chiave. Denis Brogniart spiega brevemente l'abilità di Lamborghini in questo video per Automoto:
Quindi, il grafene sarà nelle nostre tasche nel 2019?
Il grafene è un materiale rivoluzionario le cui proprietà potrebbero aiutare ad affrontare le future sfide energetiche. Dopo soli 15 anni di ricerca, emergono tendenze concrete che rivelano le potenzialità del materiale. La sfida principale resta la produzione su scala industriale, ancora costosa e lenta. Abbiamo quindi ancora un po 'di tempo prima che gli oggetti che utilizziamo ogni giorno sfruttino in maniera massiccia questo materiale.All'inizio del 2018, i ricercatori del MIT hanno sviluppato un processo di produzione industriale per fogli di grafene, dedicato all'incorporazione in membrane ultrasottili. Tuttavia, questo processo non si rivolge ad applicazioni nel campo energetico, ma mostra che le soluzioni non sono lontane per consentire al grafene di raggiungere la fase industriale.
La ricerca europea nell'ambito del Graphene Flagship va in questa direzione ed esplorerà nuove strade nel prossimo decennio.
