Un processo produttivo messo a punto dall’IIT promette di allargare la gamma di prodotti che potrebbero essere realizzati con il grafene.
di Gian Piero Jacobelli
Il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico di carbonio che si ricava dalla grafite. è il materiale più sottile del mondo. La sua scoperta e la sua prima applicazione (la realizzazione di un transistor..) risalgono al 2004 e sono valse, quattro anni fa, il Nobel per la fisica a Andre Geim e Konstantin Novoselov, dell’Università di Manchester.
“Fino ad oggi non si era ancora trovato uno sbocco industriale chiaro nel settore energia, ma le cose stanno rapidamente cambiando, ora che si è trovato il modo di utilizzarlo nelle batterie elettriche”, dice Vittorio Pellegrini, responsabile del centro Grafene dell’IIT (Istituto Italiano di Tecnologia) di Genova. “Alla base di questa prospettiva ci sono la grande capacità di stoccaggio del grafene e la sua elevatissima conducibilità”.
La capacità di stoccaggio deriva dalla altissima superficie che questo materiale ultrasottile è in grado di sviluppare (2600 m2 per grammo), al punto da risultare per immagazzinare cariche elettriche, o atomi e ioni. “Per altro”, aggiunge Pellegrini, “da questa stessa caratteristica deriva anche la capacità di stoccaggio di Idrogeno, che è un altro degli impieghi pensati per il grafene”.
La sua elevata conducibilità elettrica è la seconda caratteristica che lo rende molto adatto per l’utilizzo nelle batterie. Essendo in grado di trasportare sia cariche elettriche che ioni, come ad esempio quelli di il litio, il grafene permette di realizzare batterie ibride che, per i tempi di ricarica, beneficiano del trasporto diretto di cariche.
“Fino ad oggi la gran parte degli elettrodi in grafene erano a base del suo ossido, derivato da quello di grafite. La rimozione degli atomi di ossigeno da quelli di Carbonio richiedeva una riduzione dell’ossido che peggiorava sensibilmente la conduzione elettrica. Si hanno pochissimi esempi di batterie al litio complete con elettrodo al grafene”.
Il processo messo a punto dal gruppo del’IIT è in grado di arrivare al grafene puro, in forma liquida, ottenuto direttamente dalla grafite. “Un inchiostro”, afferma Pellegrini, “che, spalmato sull’anodo in rame, come supporto rigido, raccoglie almeno il 25% in più di cariche rispetto alla grafite, il materiale correntemente usato nelle batterie commerciali. Il catodo, nella batteria messa a punto all’IIT resta invece in lega di litio”.
Il passaggio dalla grafite all’inchiostro di grafene avviene in due stadi:
– la sonicazione, che consiste nello sfogliare la grafite in un liquido, sottoposto a un campo di ultrasuoni, in fogli sempre più sottili.
– l’ultracentrifugazione, che separa le parti più sottili che comporranno l’inchiostro.
Il grafene in questa forma permette di produrre elementi con ottime caratteristiche elettriche, ma flessibili, allargandone il campo di utilizzo ad una gamma di prodotti molto ampia, che va dagli schermi ai pannelli solari.
L’interesse industriale per questa soluzione è molto alto. Un’azienda di Como, Directa Plus, è partner di IIT con l’obiettivo di trasferire la tecnologia del grafene dal laboratorio alla scala industriale a prezzi competitivi. Altre aziende da tutto il mondo si stanno interessando ad acquisire la tecnologia.
(MO)