Fotovoltaico organico e supercacitors: il sodio manda in soffitta il grafene

(Rinnovabili.it) – Basta un pizzico di sodio per migliorare le performance del carbonio ed ottenere elettrodi migliori di quelli ricavati dal grafene. Lo ha dimostrato un team di ingegneri della Michigan Tech che per la prima volta ha trasformato un materiale fino a ieri solo teorizzato, in una realtà tangibile. Come riportato nella pubblicazione su Nano Letters, il professore Yun Hang Hu e il suo team hanno messo a punto un nuovo processo di sintesi nano tecnologico che permette di far cresce minuscole pareti (nano-walls) di sodio metallico incastonato in atomi di carbonio.

La struttura chimica dota il nuovo materiale del giusto equilibrio tra conduttività e ampiezza di superficie per le reazioni. Queste due caratteristiche sono solitamente opposte fra di loro. Il carbonio amorfo, ad esempio, possiede una bassa conducibilità ma un’ampia superficie; la grafene invece, un’alta conducibilità e una piccola superficie (essendo uno strato mono-atomico di carbonio). Per risolvere il problema si è puntato fino a ieri dal grafene tridimensionale, unendo (o provando a farlo) diversi fogli monoatomici tra loro. Tuttavia il materiale della Michigan Tech risulta superiore in termini di prestazioni e più semplice da ottenere rispetto al grafene 3D.

“La conduttività del sodio incastonato nel carbonio – spiega Hu – è di due ordini di grandezza più alta del grafene tridimensionale. La struttura a nano-parete, con tutti i suoi canali e pori, possiede anche una grande superficie accessibile” alle reazioni che non teme confronti di sorta.

Il composto è diverso dal carbonio drogato con metallo, in cui gli atomi del metallo sono semplicemente aggiunti sulla superficie del carbonio e pertanto facilmente ossidati: l’incastonatura permette al sodio di avere una sorta di armatura che lo protegge, permettendogli ugualmente di modificare le proprietà elettroniche del materiale, come nel drogaggio. Per ottenere un tale materiale, la squadra ha dovuto creare un nuovo processo: ha usato una reazione a temperatura controllata tra sodio metallico e di monossido di carbonio per creare una polvere nerofumo che ha intrappolato atomi di sodio.

Il risultato è stato applicato agli elettrodi del fotovoltaico organico e dei supercapacitors, aumentando di oltre tre punti percentuali l’efficienza nel primo caso, e la capacità specifica nel secondo.

Autore: Rinnovabili