Batteria di carta e sale

polimeri di cellulosaSemplice, poco costosa e soprattutto ecologica, la batteria di carta in soluzione salina potrebbe essere impiegata nei dispositivi elettronici compatti. I ricercatori stanno realizzando i primi prototipi con lo scopo di perfezionare la tecnologia e renderla fruibile entro i prossimi tre anni.

Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Scienze Ingegneristiche della Università di Uppsala in Svezia ha progettato e realizzato una batteria flessibile costituita da materiali comuni e poco costosi: cellulosa e sale.
Questa batteria è molto sottile, leggera e veloce da ricaricare.

I risultati dello studio e la realizzazione del prototipo sono stati pubblicati sulla rivista Nano Letters.

Il prototipo, realizzato nei laboratori universitari di Uppsala, è formato da una cella posta tra due lastre di vetro, avvolta in una tasca di alluminio.
La batteria usa come elettrodi sottili frammenti di carta, questi polimeri di cellulosa si presentano come un complesso intreccio di fibre pressate e foderate con un sottile strato di polimeri a elevata conducibilità costituiti da polipirrolo. Tra gli elettrodi è inserito un elettrolita di carta da filtro impregnato con una soluzione salina.

Gli ioni cloro fluiscono dall’elettrodo positivo verso quello negativo mentre gli elettroni si spostano attraverso il circuito esterno, fornendo corrente.

La cellulosa che gli scienziati hanno impiegato per realizzare il prototipo della nuova batteria deriva da una specie di alga molto comune che invade mari e laghi. Le cellule della pianta contengono una cellulosa dotata di una particolare nanostruttura che fornisce un’area superficiale 100 volte maggiore rispetto alla comune cellulosa.

“La nuova batteria è stata pensata per essere economica, facile da realizzare e soprattutto ecologica” spiega Maria Stromme, ricercatrice della Università di Uppsala che ha guidato lo studio.

I materiali impiegati per la realizzazione della nuova batteria di carta rendono questa tecnologia molto interessante dal punto di vista ecologico poiché non richiedono eccessivi costi ambientali per la produzione e tantomeno per lo smaltimento.

Questa batteria potrebbe essere impiegata in numerosi piccoli dispositivi come quelli medici, nei sensori disposti sugli imballaggi, inseriti nei tessuti.

“Non sono necessarie tecnologie avanzate per realizzare questo tipo di batteria che perciò potrebbe essere facilmente costruita e impiegata sul posto in tutti i Paesi in via di sviluppo” spiega Stromme, sottolineando così un ulteriore aspetto di sostenibilità.

La nuova batteria sfrutta un tipo di film sottile ricaricabile su cui hanno lavorato per anni numerosi altri ricercatori e industrie.

Le batterie a film sottile usano elettroliti solidi al posto di liquidi o gel e i loro elettrodi sono costituiti da litio in abbinamento a nichel, cobalto o manganese.

Le batterie di sale e carta andranno idealmente a rimpiazzare le batterie al litio che attualmente vengono impiegate in numerosi dispositivi portatili a bassa potenza come sensori wireless, smart cards, impianti medicali e in tutte le applicazioni che richiedono batterie sempre più piccole e sottili.

Le batterie a film sottile hanno numerose caratteristiche positive: sono durevoli, si mantengono in carica dopo essere state conservate per lungo tempo, possono essere caricate e scaricate molte volte. Tutte queste caratteristiche le rendono particolarmente adatte per i dispositivi che devono avere lunga durata e mantenere la loro efficienza nel tempo.

Le batterie al litio possono liberare 4 volt ed hanno densità energetiche pari a 200-300 milliwatt all’ora per grammo.
In confronto, una singola cella della batteria di carta e sale libera 1 volt e può stoccare fino a 25 milliwatt all’ora per grammo. Alla massima corrente fornita perde il 6% della sua capacità di stoccaggio dopo 100 ricariche, ma il team di ricercatori svedesi ha già verificato con successo la possibilità di eseguire fino a 1000 cicli di ricarica ad una corrente più bassa. Inoltre la batteria di carta può essere ricaricata più velocemente rispetto ad una comune batteria al litio: gli elettrodi di carta stoccano l’energia della ricarica in pochi secondi poiché gli ioni fluiscono rapidamente attraverso i sottili elettrodi, invece le batterie al litio impiegano circa 20 minuti per ricaricarsi.

Sebbene allo stato attuale ci sia una forte differenza nelle prestazioni tra le comuni batterie al litio e la nuova batteria di carta e sale, bisogna ricordare che quest’ultima è ancora un prototipo da laboratorio in uno stadio non molto avanzato di ricerca pertanto può essere prematuro operare un confronto con numerose altre tecnologie su film sottile, infatti, la nuova batteria di carta e sale potrà essere implementata in fasi successive dello studio.

Gli scienziati stanno lavorando per ottimizzare la nuova batteria: puntano sullo sfruttamento di più celle da connettere in serie con lo scopo di aumentare il voltaggio.
Nel frattempo, in base al tipo di applicazione richiesta, è possibile regolare la dimensione della batteria e l’energia prodotta per soddisfare a pieno le diverse necessità dei dispositivi.

Il successo di una nuova batteria è legato a numerosi fattori tra cui il basso costo, la facilità di produzione, la velocità di ricarica e senza dubbio l’aspetto fondamentale è dato dalle prestazioni.

Per rimpiazzare una tecnologia già esistente e ampiamente diffusa, la nuova batteria deve dimostrare di possedere caratteristiche decisamente superiori rispetto a tutte le concorrenti attualmente in commercio.

La nuova batteria di carta e sale possiede in potenza tutte le caratteristiche per avere un buon successo in numerose applicazioni e il fattore chiave su cui stanno puntando i ricercatori è la sua ecocompatibilità.