Dai ‘cugini’ del grafene i materiali per energia futuro

GrafenePisa, 08/01/2015. Sottili come un atomo, flessibili e stabili, il grafene e i materiali suoi ‘cugini’ sono la chiave per rendere più efficiente la produzione di energia nel futuro: dalle batterie alle celle solari, fino all’immagazzinamento dell’idrogeno. E’ quanto emerge dalla rassegna pubblicata sulla rivista Science dal gruppo coordinato da Vittorio Pellegrini, dell‘Istituto Italiano di Tecnologia (Iit) del Laboratorio NEST, e da Francesco Bonaccorso, dell’Iit e dell’università britannica di Cambridge.

La ‘somiglianza di famiglia’ che accomuna il grafene e i suoi ‘cugini’ è nell’avere soltanto due dimensioni. Grazie a questa caratteristica tutti questi materiali hanno una superficie molto vasta, che permette di immagazzinare una grande quantità di energia. ”Un grammo di grafene se esteso copre 2.600 metri quadrati”, spiega Pellegrini. Grazie anche a questa proprietà, aggiunge, il grafene e i suoi cugini potranno rendere più efficienti le batterie al litio e i supercapacitori, ossia dispositivi che accumulano e rilasciano energia. Uno dei prototipi più avanzati in questo campo, prosegue l’esperto, è un alimentatore per telefoni cellulari che potrebbe arrivare sul mercato già tra qualche mese. Fra qualche anno potrebbero arrivare invece le prime batterie al litio basate sul grafene, capaci di immagazzinare più energia rispetto a quelle attuali.

Altre potenziali applicazioni potrebbero arrivare da altre caratteristiche dei materiali a due dimensioni. Alcuni, per esempio, sono dei semiconduttori. ”Hanno una conducibilità elettrica che può essere regolata dall’esterno e ciò è importantissimo per il fotovoltaico e l’elettronica”, spiega una delle autrici, Valentina Tozzini dell’Istituto Nanoscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Cnr) e della Scuola Normale Superiore di Pisa, sempre affiliata NEST. Questi materiali possono anche essere combinati con il grafene per immagazzinare l’idrogeno in modo più sicuro, perché questo gas può esplodere durante il trasporto. Ad esempio, aggiunge l’esperta, si potrebbero realizzare contenitori simili a spugne, capaci di separare le molecole di idrogeno rendendole più stabili per il trasporto.

Il grafene è anche una promessa per il fotovoltaico. Secondo Pellegrini le applicazioni non sono ancora vicine: il principale ostacolo è il prezzo troppo basso delle attuali celle in silicio e nelle sperimentazioni in corso con i nuovi materiali non si ottiene ancora un’efficienza tale da giustificare un prezzo più alto. I costi del grafene però, aggiunge, si stanno abbattendo e il materiale consente applicazioni impossibili per il silicio: come pannelli fotovoltaici trasparenti e flessibili da usare in finestre che producono energia.