Grafene: cos'è. Tra realtà e mito per le nuove batterie

Il grafene è uno di quei materiali rivoluzionari dei quali si parla ormai da anni. A beneficiarne saranno le batterie, i sensori e addirittura le memorie. Il grafene vanta infatti proprietà fisiche che possono aggiungere nuove funzionalità ai futuri dispositivi elettronici permettendo di ottenere performance sinora inimmaginabili.

Perché si guarda al grafene nel caso delle batterie

Le tradizionali batterie agli ioni di litio devono essere oggi sempre più compatte ma una miniaturizzazione spinta all’estremo porta con sé problemi di progettazione non indifferenti che in passato, su alcuni modelli di dispositivi, hanno portato all’introduzione di problematiche di sicurezza: ne abbiamo parlato negli articoli Quando e perché la batteria dello smartphone può esplodere e Batteria gonfia: perché succede e quanto è pericoloso.
Le batterie agli ioni di litio hanno inoltre una durata limitati dovuta soprattutto alle modalità con cui vengono effettuati i cicli di carica-scarica.

Con l’utilizzo del grafene, le batterie dovrebbero avere una vita molto più lunga, con cicli di carica più brevi e, inoltre, garantire una migliore autonomia.
Ma se le batterie a base di grafene possono assicurare tutti questi vantaggi, perché non sono state ancora immesse sul mercato?

Cos’è il grafene e come si presenta

Il grafene è uno strato di carbonio con uno spessore pari a quello di un atomo. Anche se è fatto dello stesso materiale della grafite utilizzata, ad esempio, per realizzare le comuni matite e – come sapranno gli sportivi – sono diversi i modelli di racchette da tennis in grafene, un singolo strato di dimensioni così ridotte permette di considerarlo di fatto come un oggetto bidimensionale.
In forza della sua struttura, le proprietà del grafene cambiano talmente da essere considerato un superconduttore di elettricità.

La maggior parte dei materiali che utilizziamo per condurre l’elettricità hanno una certa resistenze che costringe a utilizzarne volumi più grandi (si pensi ad esempio all’impiego di fili di rame più spessi per sostenere una corrente maggiore in termini di ampere) e servirsi di strumenti “ad hoc” per dissipare correttamente il calore prodotto in forza della resistenza al passaggio della corrente.
Alcune batterie di oggi possono arrivare a gestire fino a 20A ma oltre un certo limite le probabilità di incorrere in problemi aumentano significativamente: Caricabatterie portatile: come scegliere quello per il notebook.

Il grafene permette di spingersi molto più in avanti grazie alla quasi totale mancanza di resistenza interna.
Nel caso delle batterie, almeno in linea teorica si potrebbero creare dispositivi “potenziati” rispetto a quelli attualmente disponibili in grado di gestire i cicli di carica e scarica ad amperaggi elevati, senza compromettere la longevità della batteria e senza introdurre rischi.

Il grafene, inoltre, è un materiale ampiamente disponibile, quindi di fatto piuttosto economico.

Fin qui sembra tutto rose e fiori ma anche il grafene ha dei limiti. L’aspetto negativo consiste proprio nella realizzazione di fogli dello spessore di atomo: realizzare uno strato di grafene perfetto per architettura e spessore è estremamente complesso.
Inoltre, ad oggi non ci sono strumenti per utilizzare batterie in grafene in quanto tali ma solo in combinazione con le attuali batterie al litio.

Alcune aziende hanno dimostrato di voler esercitare un ruolo pionieristico nella progettazione e realizzazione delle prime batterie che usano (anche) il grafene.
Citiamo i power bank Elecjet Apollo Traveler, già disponibile su Amazon Italia.
In entrambi i casi viene utilizzata una batteria agli ioni di litio potenziata con grafene.

Oltre a questi semplici power bank, però, non esiste ancora niente altro in grafene: ad esempio nessun notebook o smartphone dotato di batterie di nuova generazione.
Mese dopo mese si stanno compiendo diversi passi verso un più ampio utilizzo del grafene ma le cose procedono molto lentamente e una disponibilità commerciale di prodotti di nuova concezione non è previsto se non nel giro di qualche anno.