I supercapacitori sono dispositivi elettrochimici che ben si integrano con i generatori di corrente elettrica primari nei sistemi mobili alimentati a corrente elettrica. Essi infatti sono caratterizzati dal fornire elevate potenze elettriche per brevi periodi di tempo (secondi), mentre i generatori primari (batterie, celle a combustibile), sono più adatti a fornire correnti elettriche per tempi lunghi e a carico costante. I supercapacitori sono vantaggiosamente accoppiati a sistemi di batterie e/o di celle a combustibile, nei veicoli elettrici, nelle ricetrasmittenti, nelle videocamere, negli UPS per i quali si verificano durante il funzionamento variabili richieste di potenza elettrica. Recentemente sono stati riportati dalla letteratura scientifica internazionale risultati relativi a prove effettuate su auto elettriche alimentate da sistemi integrati supercapacitori/celle a combustibile o supercapacitori/batterie che evidenziavano prestazioni in termini di accelerazione e di autonomia (distanza percorsa) notevolmente superiori a quelli relativi a prove effettuate su auto elettriche che utilizzano solo celle a combustibile o solo batterie. I supercapacitori (SC) sono dei dispositivi elettrochimici in grado di accumulare e fornire energia elettrica di alta potenza in modo rapido e per un numero elevato di cicli (fino a milioni di cicli) senza evidenziare decadimenti di prestazioni. Il SC più semplice è sostanzialmente costituito da due elettrodi e da un elettrolita a questi interposto. Le cariche elettriche si dispongono all'interfaccia elettrodo/elettrolita del SC in modo fisico e non si hanno processi chimici di ossido-riduzione. Poiché il processo fisico di accumulo è comunque limitato i materiali devono disporre di un'elevata area superficiale in modo da accumulare molte cariche elettriche. I supercapacitori possono essere di diversa tipologia, differenti per tipo di materiale negli elettrodi o per il tipo di elettrolita. Quelli maggiormente studiati e commercializzati utilizzano elettroliti in soluzione acquosa o base organica ed elettrodi a base di materiali carboniosi di alta area superficiale.
Presso l'Istituto CNR-ITAE di Messina è in corso da alcuni anni un'attività di ricerca, finanziata dal Consiglio Nazionale delle Ricerche, orientata a sviluppare un SC che per tipologia può ritenersi, sul panorama scientifico internazionale, completamente innovativa. L'innovazione consiste nel realizzare un dispositivo costituito da soli componenti solidi (elettrodi e elettrolita solido) e cioè nell'utilizzare al posto dei tradizionali elettroliti liquidi un elettrolita solido polimerico. A tale tipologia di supercapacitore è stato dato il nome di supercapacitore tutto-solido. Durante l'attività in questo settore, sono stati sviluppati elettrodi e testati supercapacitori su diversa scala. Per lo sviluppo degli elettrodi, di recente abbiamo sintetizzati nuovi materiali carboniosi nanostrutturati e mesoporosi di alta area superficiale in cui il materiale finale ha una disposizione altamente ordinata dei pori (esagonale P6mm) e di ben definito diametro (mesopori) come evidenziato nella Fig. 1. Questi materiali, a differenza dei materiali di carbone attivo (che sono amorfi e con una larga distribuzione di pori) normalmente utilizzati nei SC tradizionali permettono di ottenere capacità specifiche più elevate. Recenti risultati ottenuti in configurazione di supercapacitore, hanno evidenziato che le attuali prestazioni sono, in termini di potenza specifica, capacitanza, durata, già allineate o perfino migliori di quelle dei dispositivi convenzionali. A titolo di esempio, capacità specifiche dell'ordine dei 130÷160 Farad/g (peso di carbone per elettrodo) sono stati raggiunti con carboni nanostrutturati mesoporosi in supercapacitori tutto-solidi, mentre prove di ciclabilità condotte in continuo per più di 20.000 cicli hanno evidenziato una perdita di prestazioni di poche unità percentuali.
Per quanto riguarda l'attività relativa allo sviluppo dei supercapacitori, negli ultimi due anni abbiamo realizzati diversi prototipi di supercapacitore tutto-solido con caratteristiche interessanti (vedi web http://it.geocities.com/nanocapacitors/). Tra questi, i risultati della progettazione, fabbricazione e valutazione di un supercapacitore di 1.5 Farad e 5 Volt (vedi Fig. 2) sono stati pubblicati su una importante rivista di elettrochimica (P. Staiti, F. Lufrano, Journal of the Electrochemical Society, 152 A617-A621 (2005)). Nell'articolo dimostriamo che il prototipo di supercapacitore presenta una capacità specifica di 114 F/g (riferito al peso di carbone per singolo elettrodo) e una potenza di 1.4 kW/l. Questi risultati sono in linea con quelli dei migliori supercapacitori presenti in commercio. Di un altro prototipo di capacità 12 F e 5 V a geometria planare (vedi fig. 3)i risultati non sono stati ancora pubblicati.
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