Energia Solare: messe a punto Celle – Condensatori che raccolgono Energia senza essere Connesse alla rete

Una recente scoperta scientifica sud coreana avvicina ulteriormente una soluzione potente alle vostre case, scuole e uffici. I ricercatori hanno creato un dispositivo intelligente per l’immagazzinamento dell’energia che non solo cattura la luce solare, ma la immagazzina in modo efficiente per un uso successivo uso.

Questa innovazione combina celle solari al silicio con supercondensatori ad alte prestazioni. Ciò potrebbe significare un approvvigionamento energetico migliore, più veloce e più stabile, soprattutto dove è difficile ottenere energia costante. Utilizzando materiali che migliorano sia la quantità di energia che può essere immagazzinata sia la velocità con cui può essere erogata, questo nuovo design segna un grande balzo in avanti nella tecnologia dell’energia pulita.

Costruire supercondensatori migliori

La chiave di questo nuovo sistema di accumulo dell’energia è il supercondensatore. A differenza delle batterie, i supercondensatori possono caricarsi e scaricarsi molto più rapidamente. Inoltre, possono sopportare un numero maggiore di cicli di ricarica senza usurarsi, ma non sono costruiti per immagazzinare grandi quantità d’energia.

Jeongmin Kim, ricercatore senior presso il DGIST (a sinistra), in collaborazione con Damin Lee, ricercatore presso la Kyungpook National University, ha sviluppato un dispositivo di accumulo di energia ad alte prestazioni in grado di immagazzinare in modo efficiente l’energia solare. (CREDITO: DGIST)

Per risolvere questo problema, il team ha costruito un supercondensatore migliore utilizzando schiuma di nichel. Questo materiale leggero e tridimensionale conferisce al dispositivo un’enorme superficie. Su questa schiuma, gli scienziati hanno depositato composti di nichel che fungono da nucleo degli elettrodi del supercondensatore. L’ampia superficie aiuta a immagazzinare più energia e le consente di entrare e uscire rapidamente dal sistema. 

Tuttavia, c’era ancora un problema. L’uso esclusivo di ioni di nichel causava un calo della conduttività. È come una strada intasata nell’ora di punta: l’energia non scorre bene. Per migliorare questo aspetto, gli scienziati hanno aggiunto altri ioni metallici: manganese, cobalto, rame, ferro e zinco. Questi metalli aggiuntivi hanno formato composti binari, ovvero si sono accoppiati con il nichel per creare materiali forti e stabili.

Il risultato? Questi nuovi composti hanno aumentato la conduttività, mantenuto la loro forma sotto stress e permesso di immagazzinare e riutilizzare l’energia molte volte senza grandi perdite. Hanno creato elettrodi in grado di funzionare a un livello molto più alto che mai.

Un dispositivo che immagazzina e fornisce energia

Il materiale che ha ottenuto i migliori risultati nei test è stata una combinazione di nichel e cobalto in un composto chiamato carbonato di nichel (NiCo(CO₃)(OH)₂). Questo elettrodo ha mostrato un’elevata capacità di immagazzinamento dell’energia e è rimasto stabile anche dopo molti utilizzi.

Il supercondensatore ha raggiunto una densità energetica di 35,5 wattora per chilogrammo. Si tratta di un valore molto superiore ai 5-20 wattora per chilogrammo tipici dei modelli precedenti. La densità di potenza ha raggiunto i 2555,6 watt per chilogrammo, superando di gran lunga il valore di 1000 watt per chilogrammo registrato in lavori precedenti.

In termini semplici, ciò significa che il dispositivo è in grado sia di immagazzinare molta energia sia di rilasciarla rapidamente quando necessario. L’elevata densità di potenza consente un rilascio istantaneo dell’energia, caratteristica fondamentale per l’alimentazione di dispositivi di grandi dimensioni o veloci.

Diagramma schematico e struttura atomica del composto unario Ni2(CO3)(OH)2 e del composto binario Ni2–xMx (CO3)(OH)2. (CREDITO: Jeongmin Kim)

Ma le buone notizie non finiscono qui. Questo nuovo supercondensatore è stato in grado di superare numerosi cicli di carica e scarica senza quasi alcuna perdita di prestazioni. Ciò lo rende una scelta eccellente per un uso a lungo termine, riducendo la necessità di sostituzioni frequenti e contribuendo alla tutela dell’ambiente grazie alla riduzione dei rifiuti.

Collegamento diretto delle celle solari

Per rendere questo dispositivo di accumulo ancora più utile, il team lo ha collegato direttamente a un pannello solare. Le celle solari sono state realizzate in silicio, un materiale spesso utilizzato nella tecnologia solare per la sua capacità di convertire efficacemente la luce in energia elettrica.

Questo collegamento diretto significa che l’energia del sole arriva direttamente al supercondensatore senza bisogno di circuiti o convertitori aggiuntivi. Il sistema ha raggiunto un’efficienza di accumulo del 63%. Ciò significa che quasi due terzi dell’energia fotovoltaica raccolta può essere immagazzinata per essere utilizzata. Nel complesso, il dispositivo ha raggiunto un’efficienza totale del 5,17% in condizioni di luce solare normale.

Questi numeri potrebbero non sembrare grandi, ma per un modello iniziale che combina celle solari e supercondensatori, sono molto promettenti. Dimostrano che il sistema può funzionare in condizioni reali e suggeriscono che con ulteriori ricerche si potrebbero ottenere risultati ancora migliori.

Un nuovo passo verso un’energia pulita e portatile

Questo studio è stato condotto da scienziati di due università, il cui entusiasmo è evidente. “Questo studio è un risultato significativo”, ha affermato Jeongmin Kim, ricercatore senior presso il DGIST in Corea del Sud. “Segna lo sviluppo del primo dispositivo di accumulo di energia auto-ricaricabile della Corea che combina supercondensatori e celle solari. Utilizzando materiali compositi a base di metalli di transizione, abbiamo superato i limiti dei dispositivi di accumulo di energia e presentato una soluzione energetica sostenibile”.

Il suo collega, il ricercatore Damin Lee, ha aggiunto: “Continueremo a condurre ricerche di follow-up per migliorare ulteriormente l’efficienza del dispositivo auto-ricaricabile e potenziarne il potenziale di commercializzazione”.

Schema di un dispositivo di accumulo di energia auto-ricaricabile con celle in silicio e . (CREDITO: Jeongmin Kim)

Insieme, il loro lavoro indica un futuro in cui l’energia solare potrà essere catturata e utilizzata in movimento, senza dover ricorrere a grandi batterie o all’accesso costante alla rete elettrica. Ciò potrebbe essere particolarmente utile nelle aree remote, in situazioni di emergenza o per i dispositivi tecnologici indossabili che necessitano di un’alimentazione costante e leggera.

La tecnologia deve ancora essere perfezionata prima di poter essere utilizzata ovunque. Tuttavia, il suo successo iniziale è molto promettente. Si tratta di un ulteriore passo avanti verso un futuro in cui l’energia solare non solo viene catturata in modo efficace, ma anche immagazzinata in modo intelligente per essere utilizzata quando è più necessaria.

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