I ricercatori sviluppano il grafene

I ricercatori della North Carolina State University (NC State), della National Science and Technology Development Agency e del NSTDA Characterization and Testing Service Center in Tailandia hanno creato un catodo a base di grafene a forma di fibra filiforme. I ricercatori sono stati quindi in grado di utilizzare la fibra per creare un prototipo di batteria agli ioni di zinco che potrebbe alimentare un orologio da polso.

Prototipo di batteria con catodo filiforme. Immagine dal sito web dell'NCSU

Lo studio di prova rappresenta un passo avanti nello sviluppo di una batteria a forma di fibra che potrebbe infine essere integrata negli indumenti.

"In definitiva, vogliamo creare una batteria a forma di filo, in modo da poterla mettere in un vero indumento e preferibilmente nasconderla", ha detto l'autore corrispondente dello studio Wei Gao, professore associato di ingegneria tessile, chimica e scienza alla NC State. “In questo studio, abbiamo creato un catodo a forma di filato. I nostri risultati sono stati piuttosto promettenti per una striscia di fibra così corta e speriamo di continuare questo lavoro per migliorare le prestazioni, la sicurezza e le proprietà meccaniche dei nostri progetti”.

Per creare il catodo, i ricercatori hanno utilizzato il grafene per realizzare una batteria agli ioni di zinco a forma di filo. Nel loro studio, i ricercatori hanno creato diverse microparticelle di biossido di manganese in varie forme e dimensioni. Quindi, hanno utilizzato un processo di filatura in soluzione per formare una fibra fatta di ossido di grafene, con particelle di biossido di manganese incorporate all’interno. Hanno studiato le proprietà elettrochimiche e altre proprietà delle fibre.

"Dato che stiamo cercando di realizzare una batteria agli ioni di zinco a forma di fibra, ci preoccupiamo non solo delle prestazioni della batteria, ma anche delle proprietà meccaniche: abbiamo bisogno che la fibra sia resistente e anche flessibile", ha affermato Gao.

I ricercatori hanno scoperto che la forma dei materiali di ossido di grafene e biossido di manganese utilizzati per realizzare il catodo ne influenzava la funzione elettrochimica. Nello specifico, hanno scoperto che i componenti più corti, a forma di bastoncino, di biossido di manganese si mescolavano in modo omogeneo con il grafene, consentendo ai ricercatori di realizzare una fibra che potrebbe funzionare come prototipo di batteria funzionale. In confronto, hanno scoperto che quando il biossido di manganese aveva la forma di un “riccio di mare”, la fibra non poteva essere utilizzata in una batteria funzionante.

"Quando il grafene e il biossido di manganese sono ben miscelati, è possibile utilizzare la fibra per creare una batteria funzionante", ha affermato il primo autore dello studio, Nakarin Subjalearndee, ex studente laureato presso la NC State. "Se il biossido di manganese aveva la forma di un riccio di mare, significava che il filo del catodo aveva una superficie ruvida e non poteva essere utilizzato."

"Il biossido di manganese a forma di bastoncino ci ha dato le migliori prestazioni", ha aggiunto Gao. “Queste particelle imitavano la configurazione o la geometria della fibra, rispetto alle particelle a forma di riccio di mare, che erano rotonde con tutti i tipi di bordi in evidenza. Hanno disturbato l’impilamento dei nanofogli di ossido di grafene all’interno della fibra”.

Sebbene le prestazioni della batteria fossero scarse, i ricercatori sono riusciti a utilizzarla per alimentare un orologio da polso. Il team vuole continuare il proprio lavoro per migliorare le prestazioni del progetto.

"Questo studio mostra che la forma e le dimensioni degli additivi nella fibra hanno influenzato il processo di formazione delle fibre dell'ossido di grafene", ha detto Gao. “Speriamo di continuare a sviluppare questo sistema; vogliamo che il nostro design sia paragonabile a una batteria commerciale”.