Una batteria al sale e alla carta

I ricercatori dell'Università di Uppsala in Svezia hanno realizzato una batteria flessibile utilizzando due ingredienti comuni ed economici: cellulosa e sale. La batteria leggera e ricaricabile utilizza sottili pezzi di carta, tappetini pressati di fibre di cellulosa aggrovigliate, per gli elettrodi, mentre una soluzione salina funge da elettrolita.

Potere della carta : una nuova batteria a film sottile ha elettrodi in carta rivestita di polimeri e un elettrolita in carta imbevuta di sale. Un prototipo di laboratorio mostra la cellula pressata tra vetrini e confezionata in una busta di alluminio.

La nuova batteria dovrebbe essere economica, facile da produrre e rispettosa dell'ambiente, afferma il ricercatore capo maria stromme . Suggerisce che potrebbe essere utilizzato per alimentare dispositivi diagnostici medici economici o sensori su materiali di imballaggio o incorporati nel tessuto. Non sono necessarie attrezzature avanzate per realizzare le batterie, afferma Stromme, quindi potrebbero essere realizzate in loco nei paesi in via di sviluppo.

La nuova batteria utilizza un tipo di design a film sottile ricaricabile su cui molti altri ricercatori e aziende stanno lavorando da diversi anni.

Le batterie a film sottile in genere utilizzano elettroliti solidi invece di liquidi o gel e i loro elettrodi sono generalmente realizzati in litio combinato con metalli come nichel, cobalto o manganese. La batteria al sale e alla carta è un sostituto ideale per quelle al litio utilizzate in molti dispositivi portatili a bassa potenza, come sensori wireless, smart card, impianti medici e tag RFID. Per queste applicazioni, più sottile e piccola è la batteria, meglio è, afferma Sara Bradford, consulente per l'energia e l'energia presso Frost & Sullivan.

Le batterie a film sottile hanno altre caratteristiche interessanti. Hanno una lunga durata, mantengono la loro carica dopo essere stati conservati per molti anni e possono essere caricati e scaricati decine di migliaia di volte, afferma Raghu Das, CEO della società di ricerca IDTechEX ed esperto di elettronica stampata, consentendo sensori wireless che può durare per decenni con un appropriato energy harvester collegato.

Tuttavia, solo una manciata di startup, come Soluzioni di potenza infinita a Littleton, CO, e Solicore a Lakeland, FL, hanno generato un sostegno sufficiente per portare le loro batterie sul mercato. Cymbet a Elk River, Minnesota, e Excellatron ad Atlanta, in Georgia, ci sono altri forti contendenti con tecnologie pronte per il mercato. Più di quattro milioni di batterie a film sottile verranno spedite quest'anno, secondo un maggio 2009 rapporto dalla società di ricerche di mercato NanoMarkets.

La nuova batteria cartacea, descritta in un paper pubblicato online sulla rivista Nano lettere , ha da recuperare. Le batterie al litio possono fornire 4 volt e hanno densità di energia da 200 a 300 milliwattora per grammo. In confronto, una singola cella della batteria di carta fornisce 1 volt e può immagazzinare fino a 25 milliwattora di energia per grammo. Quando fornisce la massima corrente, perde il 6% della sua capacità di stoccaggio dopo 100 cicli di ricarica. Tuttavia, Stromme afferma che il suo team ha già utilizzato la batteria per 1.000 cicli di ricarica a una corrente inferiore. Sottolinea anche che questi sono numeri di un prototipo di laboratorio iniziale.

I ricercatori stanno ora lavorando per ottimizzare la batteria. Alla fine, impilare più celle insieme e collegarle in serie aumenterà la tensione. Nel frattempo, a seconda dell'applicazione, dice, possiamo regolare le dimensioni e la corrente che attingiamo per soddisfare tali requisiti.

La batteria alla carta può inoltre essere ricaricata molto più velocemente di una batteria al litio. La cellulosa utilizzata da Stromme e dai suoi colleghi proviene da un tipo di alghe inquinanti che si trovano nei mari e nei laghi. Sebbene le pareti cellulari delle alghe contengano cellulosa, ha una nanostruttura molto diversa, che le conferisce una superficie 100 volte superiore. I ricercatori rivestono la carta prodotta da questa cellulosa con un polimero conduttore e quindi inseriscono una carta da filtro imbevuta di soluzione salina tra gli elettrodi di carta.

Gli ioni cloro scorrono dall'elettrodo positivo a quello negativo, mentre gli elettroni viaggiano attraverso il circuito esterno, fornendo corrente. L'elettrodo di carta immagazzina la carica durante la ricarica in decine di secondi perché gli ioni fluiscono rapidamente attraverso l'elettrodo sottile. Al contrario, le batterie al litio impiegano 20 minuti per ricaricarsi. La combinazione di grande capacità e tempi di ricarica ridotti è davvero unica, afferma Stromme.

Bradford afferma che la nuova batteria di carta è in una fase di ricerca relativamente precoce rispetto ad altre tecnologie a film sottile. Affinché una batteria abbia successo, è necessario disporre di un buon costo e di un processo di produzione in atto, ma le prestazioni sono l'aspetto chiave, afferma. Se non si tratta di un miglioramento di diversi gradi rispetto alla tecnologia esistente, è molto difficile rendere redditizia la batteria.

Stromme, nel frattempo, è fiducioso che il design ecologico troverà applicazioni di nicchia. Dice che potrebbe essere prodotto commercialmente entro tre anni.

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