Il nanomateriale fatto di canapa per stoccare energia: simile al grafene, ma più economico

Il grafene è considerato il materiale del futuro per le sue possibilità di impiego nelle batterie, nei pannelli solari, negli elettrodi e in ogni sorta di gadget elettronico. Ha solo uno svantaggio: l’alto costo di produzione. Per ovviare a questo problema, l’ingegnere David Mitlin dell’Università dell’Alberta ha guidato uno studio sulla creazione di un nanomateriale ricavabile dai rifiuti vegetali, in particolare dagli scarti della lavorazione industriale della pianta di canapa, che si è rivelato avere proprietà simili al grafene, ma con un costo di produzione minore.

Il gruppo di ricercatori si è concentrato sulla corteccia della pianta che di solito viene incenerita dopo che le parti utili della pianta sono state prelevate. “Si tratta di fibra composta da strati di lignina, emicellulosa e cellulosa cristallina”, spiega Mitlin, aggiungendo che “se si elabora nel modo giusto, si possono separare nanomateriali simili a grafene”.

Gli studiosi hanno avviato il processo riscaldando la fibra a 180° C per 24 ore. Durante questa fase vengono abbattuti i livelli di lignina ed emicellulosa e la cellulosa cristallina comincia il processo di carbonizzazione. I ricercatori hanno poi trattato il materiale carbonizzato con idrossido di potassio alzando la temperatura fino a 700 e 800° C, per provocare l’esfoliazione e trasformarlo in pannelli di nanomateriale poroso con fori del diametro dai 2 ai 5 nanometri (nella foto una micrografia SEM del pannello fornita dall’Università). Questi materiali porosi sottili forniscono “strade” che permettono all’energia di muoversi facilmente sia in uscita, sia in entrata, caratteristica che li rende efficaci nell’ottica di costruire supercondensatori che debbano avere ampie capacità di caricare e scaricare.

La squadra ha costruito un supercondensatore utilizzando i nanomateriali derivati dalla canapa come elettrodi e un liquido ionico come elettrolita. La migliore proprietà del dispositivo, spiega Mitlin, è la sua massima densità di potenza. A 60° C , il materiale produce 49 kW/kg, mentre il carbone attivo usato attualmente in elettrodi commerciali fornisce, alla stessa temperatura, 17 kW/kg. Liming Dai, un ingegnere chimico della Case Western Reserve University, sostiene che il materiale derivato dalla canapa sia il sostituto a basso costo del grafene. Yury Gogotsi, scienziato dei materiali presso la Drexel University, vede margini di miglioramento, anche se è rimasto colpito da questo primo passo. “Trovare metodi di produzione come questo sarà fondamentale”, sostiene Gogotsi, “se i ricercatori vogliono portare i materiali nanostrutturati fuori dai laboratori per venderli sul mercato”.

Fonti: Cen.acs.org, Nanowerk.org

Redazione Canapaindustriale.it