Un dispositivo di accumulo di energia progettato per essere riciclato
Il supercondensatore compatto e ricaricabile può essere smontato e riutilizzato, rappresentando un passo avanti verso un’elettronica più sostenibile
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Gli smartwatch, i telefoni e persino alcuni droni si avvalgono di sistemi di accumulo di energia leggeri e ricaricabili. Una volta che questi dispositivi si consumano, molti finiscono per diventare rifiuti elettronici. Ora, alcuni ricercatori, in un articolo pubblicato suACS Energy Letters, hanno sviluppato un supercondensatore compatto che può essere rapidamente smontato in componenti riutilizzabili. Hanno utilizzato questi dispositivi per alimentare l’elica di un aliante, quindi hanno smontato un supercondensatore e ne hanno riutilizzato le parti, una dopo l’altra, per crearne due nuovi che hanno funzionato altrettanto bene del dispositivo originale.
L'elica di questo aliante era alimentata da supercondensatori prototipali montati sulle ali, che possono essere smontati e riciclati per realizzare nuovi dispositivi di accumulo di energia.
Tse Nga Ng
Molti dispositivi ricaricabili utilizzano la tecnologia agli ioni di litio e contengono elettroliti infiammabili. Inoltre, sono difficili da riciclare perché i componenti non si separano facilmente. Pertanto, Tse Nga Ng, Nandu Koripally e i loro colleghi hanno cercato un approccio più sostenibile per l’accumulo compatto di energia. Il loro lavoro li ha portati a sviluppare un supercondensatore che utilizza ioni di zinco in un elettrolita a base acquosa e non infiammabile, adesivi solubili e materiali elettricamente conduttivi riutilizzabili.
«Abbiamo fatto leva sui precedenti lavori del nostro laboratorio, combinando la chimica alternativa ad alta energia degli ioni di zinco con i supercondensatori strutturali per realizzare una versione riciclabile che consenta una seconda vita alle celle e superi le prestazioni dei dispositivi all’avanguardia precedenti», afferma Koripally, autore principale dello studio.
Per il supercondensatore, i ricercatori hanno creato un anodo in zinco metallico e lamina di rame e un catodo in fibra di carbone attivo. Tra i due hanno inserito un elettrolita solido costituito da una resina porosa rivestita su una pellicola di plastica e imbevuta in una soluzione salina di cloruro di zinco (II). La resina formava legami resistenti quando veniva riscaldata, ma si frammentava in un liquido leggermente acido. Infine, hanno fuso insieme gli strati mediante calore, formando un dispositivo sottile con un potenziale di 2 volt.
Come prova di fattibilità, i ricercatori hanno integrato quattro supercondensatori nelle ali di un modellino di aliante. Quando è stato lanciato come un aeroplano di carta, ha percorso 12 piedi (3,7 metri) con il motore dell’elica alimentato dai supercondensatori, rispetto agli 8 piedi (3,4 metri) senza una fonte di alimentazione esterna.
I ricercatori hanno poi immerso uno dei supercondensatori in una soluzione a base acquosa leggermente acida per smontarlo. Nel giro di 30 minuti, gli strati si sono separati. Il catodo in fibra di carbonio recuperato è stato riutilizzato altre due volte, ogni volta con elettroliti solidi e anodi di zinco nuovi. Dalla fabbricazione iniziale fino a due cicli di riciclaggio, le fibre di carbonio hanno completato con successo oltre 172.000 cicli di carica-scarica, mantenendo prestazioni elettriche simili per tutta la loro durata.
Questi risultati dimostrano un approccio promettente per l’accumulo di energia leggero che riduce al minimo i rifiuti elettronici, afferma il team.
«Sostenibilità e prestazioni non devono necessariamente essere obiettivi in contrasto tra loro», afferma Koripally. «Considerando l’intero ciclo di vita del materiale, possiamo combinare i requisiti di progettazione in un’unica soluzione per realizzare dispositivi strutturali di accumulo di energia che mantengano prestazioni elevate e siano semplici da riparare e riutilizzare».
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
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