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mercoledì, gennaio 11, 2017

BATTERIE DI NUOVA GENERAZIONE: IN ARRIVO QUELLE FATTE CON LA CARTA ED I BATTERI!



Oristano 11 Gennaio 2017
Cari amici,
Che la ricerca sia sempre più avanzata e percorra sentieri inesplorati e innovativi non è certo una novità. Per quanto riguarda in particolare il reperimento di fonti energetiche (specialmente in miniatura) per far funzionare a lungo i nostri ormai inseparabili apparati mobili come telefoni e computer, le ricerche sono oltremodo sempre più accelerate. Negli Stati Uniti una recente ricerca, fatta dal professore di Ingegneria e Scienze applicate, nonché responsabile del laboratorio di Bioingegneria elettronica e microsistemi a Binghamton, Thomas J. Watson, ha sviluppato un sistema ingegnoso per generare energia: un semplice foglio di carta alimentato da batteri.
Incredibile ma vero: una batteria alimentata da carta e batteri! Non è una trovata pubblicitaria né la trama di un film di fantascienza, ma un serio progetto portato avanti da ricercatori universitari. Gli studi sono ancora nella fase sperimentale e per il momento l’innovativa batteria non è in grado di generare molto energia, ma la via tracciata sembra davvero positiva. Primi passi, dunque, per questo nuovo modello di batteria chiamato 'papertronics', in quanto trattasi di elettronica basata sulla carta.
In futuro, pensate, potrebbe bastare qualche risma di carta per ricaricare il Vostro telefono! La nuova batteria risulterebbe oltretutto alquanto vantaggiosa: economica, poco inquinante e ad alimentarla ci penserebbero i batteri. L’innovativa tecnologia sarà presentata al pubblico nel convegno internazionale di Microelettronica in programma proprio in questo mese di Gennaio a Las Vegas. Ma come dovrebbe funzionare questo nuovo strumento energetico? Vediamo di raccontarvelo come lo si è appreso dalle dichiarazioni fatte sia dal Prof. Thomas J. Watson che dal suo assistente e ideatore Seokheun Choi.
I fogli di carta utilizzati sono dei normalissimi A4. Usando la cromatografia su la metà di un foglio di carta viene posizionato, come creando un un disegno, un nastro adesivo di nitrato d’argento sotto uno strato di cera, al fine di creare un catodo (ma in realtà i sottili disegni sono dei particolari reticoli che trasformano i fogli in vere e proprie batterie); sull’altra metà del foglio viene costruito un serbatoio con un polimero conduttivo. Le due parti vengono poi accuratamente piegate e al loro interno vengono rilasciate alcune gocce contenenti dei batteri.
A creare e fornire l'energia sono proprio i batteri, la cui 'respirazione' produce un passaggio di corrente elettrica nei fogli. Al momento tutto il processo richiede un lavoro manuale molto preciso perché anche dei piccoli strati disallineati possono interferire con il funzionamento della batteria stessa. Unendo tra loro più fogli il potere della batteria aumenta. Per ora gli scienziati sono stati in grado di generare 31.51 microwatt a 125.53 microampere, sfruttando sei batterie in due pile da tre. Mentre con una costruzione 6×6 si arriva al massimo a 44.85 microwatt a 105.89 microampere.
Per ora i fogli non possono avere nessuno uso pratico, producendo ognuno appena 31 microwatt! Per fare un esempio per accendere una lampadina da 40 watt servirebbero milioni di pagine A4, ma lo studio potrebbe essere uno dei primi passi con interessantissimi sviluppi futuri. Nonostante i grandi limiti dei primi prototipi i ricercatori si dicono fiduciosi di poter presto migliorare il quantitativo di energia accumulabile in queste batterie, il cui punto di forza è l'uso di materiali facilmente reperibili e che i batteri possono essere alimentati con semplici scarti alimentari. “Possono essere un modo semplice ed economico per usare alcuni dispositivi per la diagnostica in quei luoghi della Terra dove è impossibile arrivare con altri alimentatori elettrici”, è stato il commento del Professor Watson.
Le batterie di carta, pur non essendo una novità assoluta, hanno un grandissimo potenziale nel futuro dei bio-alimentatori, come spiega lo stesso Choi, assistente del professor Watson nel progetto: “Tra le molte batterie cartacee flessibili e integrative, la tecnologia delle celle a combustibile microbico è senza dubbio il più sottosviluppato. Siamo entusiasti del nostro lavoro perché i microrganismi possono raccogliere energia elettrica da qualsiasi tipo di fonte biodegradabile, persino dalle acque di scarico. Credo che questo tipo di bio-battery fatta con la carta può essere una valida fonte di energia per il futuro”. Le batterie sviluppate dal gruppo di ricerca di Choi hanno visto la luce già nel 2015 con un piccolo alimentatore di carta a forma di scatola per fiammiferi, mentre quelle di quest’anno assomigliano di più a una piccola stella da ninja.
Cari amici, la ricerca per la realizzazione di nuove batterie per il futuro, attraverso l’utilizzo delle nuove tecnologie, continua senza sosta. Gli esempi non mancano. Yi Cui, un ricercatore della Stanford University, è stato in grado di realizzare una batteria (o, più precisamente, un "supercapacitor") semplicemente immergendo un normale pezzo di carta in una soluzione composta da inchiostro mescolato con nanotubi di carbonio e nanowire di argento (i "nanowire" sono strutture mono-dimensionali a forma di filo con diametri dell'ordine di qualche nanometro); altri ricercatori, quelli del MIT guidati dalla Professoressa Angela Belcher (Germeshausen Professor di Materials Science, Engineering, e Biological Engineering), sono stati invece in grado di creare una batteria utilizzando dei virus.
Secondo la professoressa Belcher, questa soluzione potrebbe addirittura fornire una potenza sufficiente per essere impiegata come batteria principale in un'autovettura. Il virus utilizzato è un comune batteriofago in grado di infettare i batteri ma innocuo per gli esseri umani (non è tossico), e in laboratorio viene modificato geneticamente e usato per realizzare gli elettrodi, caricati sia positivamente che negativamente, di una batteria agli ioni di litio. Le ricerche certo non finiscono qui!
Sono allo studio, pensate, anche delle mini batterie "nucleari". Un gruppo di ricercatori dell'Università del Missouri, diretto dal Professor Jae Kwon, ha realizzato una batteria nucleare di dimensioni minuscole, progettata per alimentare i dispositivi realizzati in tecnologia MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Come sappiamo, la tecnologia MEMS è ampiamente utilizzata in numerose applicazioni quotidiane, come ad esempio: sistemi air-bag, smartphone (rilevamento dei movimenti e dell'orientamento), fotocamere digitali (stabilizzazione dell'immagine), stampanti a getto d'inchiostro, consolle e quant’altro.
Cari amici, chissà quante meraviglie ci riserverà la scienza nei prossimi anni! L'obiettivo principale è quello di trovare nuove fonti di energia che possano essere: riciclabili, capaci di durare a lungo, leggere e di dimensioni ridotte; insomma, in grado di fornire la giusta quantità di energia necessaria agli strumenti, sempre più numerosi, che ormai fanno parte della nostra vita quotidiana e di cui proprio non possiamo fare a meno!
A domani.
Mario

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