La chimica trasforma i mattoni in conduttori di elettricità

Alcuni scienziati hanno convertito il pigmento rosso dei mattoni comuni in una plastica che conduce l’elettricità, e questo processo ha permesso di trasformare i mattoni in dispositivi di accumulo di elettricità. Questi supercondensatori in mattoni potrebbero essere collegati a pannelli solari per immagazzinare energia ricaricabile. I supercondensatori immagazzinano la carica elettrica, a differenza delle batterie, che immagazzinano l’energia chimica.

La struttura porosa del mattone è ideale per immagazzinare energia perché i pori conferiscono al mattone una superficie maggiore rispetto ai materiali solidi, e maggiore è la superficie, maggiore è l’elettricità che un materiale può contenere. I mattoni sono rossi perché l’argilla di cui sono fatti contiene ossido di ferro, meglio noto come ruggine, che è anche importante nel processo di creazione dei mattoni elettrici.

I ricercatori hanno riempito i pori dei mattoni con un vapore acido che dissolve l’ossido di ferro e lo converte in una forma reattiva di ferro che rende possibili le sintesi chimiche. Quindi viene poi fatto scorrere un gas diverso attraverso le cavità per riempirle con un materiale a base di zolfo che reagisce con il ferro. Questa reazione chimica lascia i pori rivestiti con una plastica elettricamente conduttiva, PEDOT.

Il film risultante riveste le superfici dei mattoni con nanofibre che assomigliano ai sottili filamenti prodotti dai funghi. La struttura in nanofibre del polimero conduttore ha una bassa resistenza elettrica e un’elevata area superficiale, che lo rende ideale per applicazioni legate all’energia.

Alcuni pezzi di mattoncino rivestito con PEDOT sono in grado di alimentare un LED e, sulla base di alcuni calcoli, circa 60 mattoncini di dimensioni normali sarebbero in grado di alimentare l’illuminazione di emergenza per 50 minuti e richiederebbero 13 minuti per la ricarica. Uno dei risultati sorprendenti di questa ricerca è che il muro di mattoni del supercondensatore può essere ricaricato 10.000 volte, il che è alla pari con i più tradizionali supercondensatori PEDOT. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications.

L’importanza di questa scoperta

Gli scienziati hanno convertito l’ossido di ferro, che è un prodotto di scarto onnipresente, in un intermedio reattivo, una sostanza utile nelle reazioni chimiche. Controllando una reazione chimica che utilizza questo intermedio, sono stati in grado di produrre rivestimenti in nanofibre semiconduttori all’avanguardia.

Trasformare la ruggine in un utile materiale di origine chimica è conveniente e dimostra come i materiali inerti abbiano il potenziale per essere trasformativi nella produzione chimica. Questo lavoro mostra come i rifiuti possono essere riciclati e riutilizzati per la produzione di materiali all’avanguardia che estendono i limiti funzionali dei materiali da costruzione.

Il lavoro degli scienziati è il primo a dimostrare l’accumulo di energia nei mattoni, tuttavia altri ricercatori stanno alterando chimicamente i mattoni per altri usi. Il pigmento rosso nei mattoni è stato utilizzato come catalizzatore chimico, tuttavia ciò richiede una lavorazione significativa per garantire la purezza dell’ossido di ferro separato. Le nanoparticelle di ossido di metallo sono state anche combinate con mattoni e cemento per rimuovere gli inquinanti atmosferici. Altri gruppi hanno creato mattoni che incorporano nanomateriali di carbonio per formare elettrodi in grado di condurre l’elettricità.

Qual’è il prossimo passo?

Gli scienziati ora vogliono aumentare la quantità di energia che questi mattoni possono immagazzinare di un ordine di grandezza. Stanno lavorando a modi per convertire la struttura delle nanofibre in compositi che contengono altri semiconduttori al fine di aumentare la quantità di energia che le nanofibre possono immagazzinare.

I ricercatori stanno aumentando la sintesi chimica in modo da poter ridurre i costi e produrre rapidamente mattoni rivestiti di polimero. Inoltre stanno anche sviluppando nuove sintesi chimiche che promuovono l’autoassemblaggio all’interno dei mattoni per far sì che le nanofibre formino modelli 3D, che aumenteranno la superficie.

L’obiettivo di questa ricerca è sviluppare mattoni che siano modellati e pronti per essere impilati senza la necessità di fili. Gli scienziati hanno intenzione di produrre dispositivi che possono essere assemblati come fossero blocchi Lego.