Grafene 2.0: il nuovo supercondensatore che promette di rivoluzionare lo stoccaggio di energia

Un nuovo materiale al grafene sviluppato da Monash University rivoluziona i supercondensatori: densità energetica da record, ricarica ultra-rapida e applicazioni promettenti in mobilità elettrica, smart grid e dispositivi consumer.

Un team di ingegneri dell’Università Monash ha annunciato un passo avanti cruciale nel settore dello stoccaggio di energia: un nuovo materiale a base di grafene capace di unire densità energetica comparabile alle batterie con tempi di ricarica ultra-rapidi, tipici dei supercondensatori. Questa scoperta, pubblicata su Nature Communications, potrebbe ridisegnare l’architettura di sistemi di accumulo per veicoli elettrici, reti intelligenti e dispositivi elettronici ad alte prestazioni.

Il limite storico dei supercondensatori

I supercondensatori sono dispositivi di accumulo che, a differenza delle batterie convenzionali, non immagazzinano energia tramite reazioni chimiche, ma attraverso cariche elettrostatiche. Il vantaggio principale è la velocità: possono caricarsi e scaricarsi in pochi secondi o minuti, offrendo potenza elevatissima per brevi periodi. Tuttavia, il loro tallone d’Achille è sempre stata la limitata densità energetica — ovvero la capacità di accumulare energia rispetto al volume o al peso.

In particolare, gran parte del materiale carbonioso utilizzato per creare i supercondensatori (come il grafene o il carbone attivo) ha una superficie interna inaccessibile agli ioni, che restano bloccati nei pori più stretti o poco connessi, riducendo drasticamente l’efficienza del sistema.

Il breakthrough: una nuova architettura in grafene ricurvo

I ricercatori australiani hanno risolto questo problema attraverso la creazione di una nuova forma di grafene chiamata M‑rGO (Multiscale reduced Graphene Oxide), ottenuta mediante un processo di ricottura termica accelerata (rapid thermal annealing) del grafite naturale, una materia prima abbondante in Australia.

Questa lavorazione genera una rete tridimensionale altamente curva e accessibile, che consente agli ioni dell’elettrolita di muoversi rapidamente attraverso i canali strutturali e di raggiungere un’enorme superficie attiva. Il risultato è una combinazione sinergica di densità energetica e potenza specifica difficilmente ottenibile in un singolo dispositivo.

Prestazioni da record

Nei test di laboratorio, i supercondensatori basati su M‑rGO hanno raggiunto valori impressionanti:

• 99,5 Wh/L di densità energetica volumetrica, paragonabile alle batterie al piombo e vicina a quelle al litio, utilizzando elettroliti a base di liquidi ionici.
• 69,2 kW/L di potenza specifica, ossia la capacità di erogare enormi quantità di energia in tempi brevissimi.
• Capacità di ricarica ultra-rapida con stabilità su migliaia di cicli, senza degrado significativo.

Questi numeri sono tra i più alti mai riportati per supercondensatori a base di carbonio e aprono scenari di applicazione completamente nuovi, specialmente laddove le batterie al litio mostrano limiti termici, di durata o di sostenibilità.

Dove può fare la differenza

Le applicazioni di questa nuova tecnologia sono trasversali:

1. Mobilità elettrica

I supercondensatori potrebbero affiancare o sostituire le batterie in veicoli elettrici urbani, scooter, autobus elettrici e droni, garantendo ricariche in pochi minuti anziché ore. In scenari urbani, un bus potrebbe ricaricarsi completamente al capolinea in tempo reale, eliminando tempi morti e abbattendo la necessità di grandi batterie.

2. Stabilizzazione delle reti elettriche

Nel contesto della transizione energetica, la gestione dell’intermittenza delle fonti rinnovabili richiede dispositivi capaci di erogare o assorbire energia in pochi secondi. I supercondensatori al grafene possono funzionare come buffer rapidi (grid balancing), gestendo picchi e microinterruzioni con estrema efficienza.

3. Elettronica di consumo

Smartphone, computer portatili e dispositivi indossabili potrebbero beneficiare di tempi di ricarica ultraveloci e di una durata di vita più lunga rispetto alle batterie tradizionali. Inoltre, l’assenza di processi chimici limita il degrado, rendendo i dispositivi più affidabili nel lungo termine.

Dalla scoperta al mercato: la via della scalabilità

La tecnologia è già in fase di industrializzazione. Ionic Industries, spin-off della Monash University, sta producendo le prime quantità commerciali del nuovo grafene M‑rGO e collaborando con partner del settore energetico per integrarlo in prodotti reali. Secondo il CTO dell’azienda, Dr. Phillip Aitchison, il processo produttivo è scalabile, economico e compatibile con risorse locali.

Ciò è particolarmente importante perché molte tecnologie all’avanguardia, sebbene promettenti in laboratorio, faticano ad affermarsi per costi elevati, complessità produttiva o carenza di materie prime. In questo caso, la sinergia tra disponibilità di grafite australiana, processi termici noti e fabbricazione su larga scala rende la tecnologia pronta per un’accelerazione industriale.

Un passo avanti verso un futuro a basse emissioni

La ricerca è stata supportata dall’Australian Research Council e dalla US Air Force Office of Sponsored Research, dimostrando l’interesse strategico internazionale verso tecnologie che permettano di decarbonizzare il trasporto e l’energia senza sacrificare prestazioni o efficienza.

Secondo Professor Mainak Majumder, direttore dell’ARC Research Hub for Advanced Manufacturing with 2D Materials: “Abbiamo dimostrato che è possibile realizzare supercondensatori veloci e potenti quanto le batterie. La nostra architettura in grafene potrebbe cambiare radicalmente il modo in cui immagazziniamo energia”.

Il nuovo materiale al grafene M‑rGO apre una nuova fase nello sviluppo di tecnologie di accumulo ad alte prestazioni. Unendo la velocità dei supercondensatori e la capacità energetica delle batterie, offre una terza via per rispondere alle esigenze della mobilità elettrica, della digitalizzazione e delle smart grid.

La sua scalabilità, compatibilità con materie prime comuni e sostenibilità ambientale lo rendono particolarmente interessante nel contesto della transizione energetica globale. Non resta che seguire da vicino gli sviluppi industriali e commerciali di questa tecnologia che potrebbe, davvero, supercaricare il nostro futuro energetico.