Organic and inorganic materials for storage devices on flexible substrates

L’accumulo di energia rappresenta un tema centrale in diversi campi di applicazione quali quello legato alla generazione di energia da fonti rinnovabili (eolico e solare) che sono tipicamente intermittenti, l’elettronica di consumo (computer portatili, personal digital assistant (PDA)), i sistemi GPS, i lettori multimediali portatili, tutti dispositivi i portatili che richiedono in qualche modo un’alimentazione elettrica. In questo contesto, lo sviluppo di sistemi di accumulo adattabili su substrati flessibili quali PET e carta rappresenta la frontiera della ricerca in questo campo per tutto quello che concerne il tema dell’elettronica flessibile stampabile, a basso costo, versatile, usa e getta. In questo contesto, negli ultimi anni, è cresciuto l’interesse per l’uso di substrati flessibili per supercapacitori, batterie e altri dispositivi di accumulo di energia. Tipicamente questi dispositivi sono costituiti da un multistrato in cui sono presenti due elettrodi per il trasporto di carica, uno strato attivo per lo l’accumulo e degli strati di interfaccia che hanno lo scopo di rendere più efficiente l’operazione di accumulo e rilascio di energia. In questo contesto, l’attività sviluppata è principalmente incentrata su sistemi in cui la carta è usata come substrato per la realizzazione di elettrodi con un’ elevata superficie di scambio a abase di polimeri conduttivi, ma anche grazie alla sua natura porosa e in combinazione con altri materiali elettronici quali polimeri o nanomateriali (nanotubi di carbonio, materiali 2D) , come la parte attiva del dispositivo di accumulo. Le tecniche di realizzazione preferite degli strati costitutivi i dispositivi sono quelle della stampa (serigrafia, stampa a getto d’inchiostro, spray coating). I dispositivi sono stati caratterizzati morfologicamente presso i laboratori dell’Università di Roma Tor Vergata attraverso misure SEM ed AFM, e microscopia confocale. Le caratteristiche elettriche ed elettrochimiche sono state caratterizzate utilizzando set-up per misure a 4 punte, di spettroscopia di impedenza, e di cicli di carica e scarica. In figura a) sono riportate le immagini prese al microscopio confocale dei diversi layer del supercapacitore su carta, in figura b) sono riportati due supercapacitori realizzati, uno su carta standard ed uno trasparente e flessibile in figura c) è riportato un esempio di cicli di carica e scarica attuati su supercapacitori realizzati con diversi materiali.

I ricercatori di UTOV intendono espandere queste attività di ricerca progettando nuove analisi sperimentali da presentare – attraverso la piattaforma per “apply for beamtime” – sia a ISIS@MACH sia a ISIS, utilizzando le tecniche complementari di neutroni delle linee di fascio TOSCA, MAPS, IMAT, VESUVIO, OSIRIS, IRIS, WISH.