Le batterie ricaricabili saranno più efficienti con i micro-fogli di carbonio ottenuti dal polistirolo

Trasformando il polistirolo in micro-fogli e nanoparticelle di carbonio, gli scienziati hanno ottenuto batterie ricaricabili con una capacità di accumulare energia superiore del 15% a quella della grafite usata attualmente.

Il polistirolo è un materiale molto utile per imballare e proteggere dagli urti e dalle cadute i prodotti contenuti nei pacchi. Purtroppo, una volta che il prodotto viene tirato fuori dalla scatola, le palline bianche diventano improvvisamente una fonte di inquinamento che in molti Paesi non viene riciclata; infatti, il riciclo del polistirolo, materiale altamente inquinante, negli Stati Uniti è fermo al 10%.

Ma il professor Vilas Pol ed il suo team di ricercatori dell’Università Purdue nell’Indiana, hanno avuto una grande idea: la trovata è sopraggiunta alla mente quando i ricercatori un giorno in cui hanno ricevuto un pacco contenente nuove attrezzature di laboratorio. Notando il polistirolo rimasto nello scatolone e sapendo che i chips sarebbero stati destinati alla discarica, i ricercatori si sono chiesti come potevano riciclare quei materiali di imballaggio.

A questo punto il professor Pol ed i suoi collaboratori si sono messi a studiare le proprietà del polistirolo e dl materiale da imballaggio realizzato a partire dall’amido, materiale ecologico, ma contenente sostanze chimiche e detergenti.

I ricercatori hanno riscaldato il polistirolo ad una temperatura compresa tra i 500 e 900 gradi Celsius, attraverso due processi paralleli  uno dei quali  richiedeva l’aggiunta di un catalizzatore.  A seconda del materiale di partenza delle chips, ossia il polistirene ed il  bio-polistirolo proveniente dal mais,  il risultato ottenuto sono stati micro-fogli e nanoparticelle di carbonio ed in entrambi i casi si sono rivelati eccellenti anodi. Il professor Pol ha spiegato a Phys.org: “Le chips si sono riscaldate a una temperatura tra i 500 e i 900 gradi Celsius in atmosfera inerte e in presenza o assenza di un catalizzatore a base di un metallo di transizione”.

Il materiale che ne è risultato consente di realizzare anodi 10 volte più sottili di quelli presenti in commercio attualmente ed hanno una resistenza elettrica molto minore e questo significa che i tempi di ricarica sono molto più brevi; inoltre, anche dopo centinaia di cicli di carica/scarica le prestazioni si mantengono superiori.

Il professor Pol ha spiegato che gli anodi risultanti dall’esperimento “hanno mostrato prestazioni notevolmente maggiori per quanto riguarda la conservazione dell’energia rispetto agli anodi di grafite disponibili in commercio. Gli anodi realizzati a partire dalle chips per imballaggio hanno mostrato di avere una capacità specifica massima di 420 mAh/g, che è maggiore della capacità teorica della grafite (372 mAh/g)”.

I test, che sono stati condotti con 300 cicli di carica/scarica, non hanno presentato sostanziali perdite nella capacità delle batterie realizzate con questo procedimento. Secondo il professor Vinodkumare  Etacheri “le prestazioni elettrochimiche sul lungo periodo sono molto stabili: il polistirolo e l’alternativa basata sull’amido si sono dimostrati molto promettenti per la realizzazione di batterie ricaricabili agli ioni di sodio”.

Il professor  Etacheri ha aggiunto che “il processo è economico, non dannoso per l’ambiente e potenzialmente adatto per la produzione su larga scala”.

La ricerca  del team del professor Pol ha portato dunque a scoprire che con questi materiali si possono realizzare degli elettrodi per le batterie più efficienti di quelli attualmente in uso, che il polistirolo è un ottimo sostituto della grafite che viene utilizzata normalmente per realizzare l’anodo nelle batterie agli ioni di litio e che il processo per arrivare a questo risultato è molto semplice. Trasformando il polistirolo in micro-fogli e nanoparticelle di carbonio, gli scienziati hanno ottenuto batterie ricaricabili con una capacità di accumulare energia superiore del 15% a quella della grafite.

Inoltre i ricercatori prevedono che i materiali di carbonio che si formano attraverso il processo di conversione possano essere utilizzati anche per la produzione di filtri, pneumatici, inchiostro per stampanti, e molto altro.

Il professor Pol ed il suo team di ricercatori hanno presentato i risultati del loro studio in occasione del summit della American Chemical Society che sta avendo luogo a Denver dal 22 al 26 marzo. Il loro obiettivo è quello di riuscire ad arrivare all’uso commerciale del nuovo materiale entro un paio d’anni.