Batteria al grafene produce energia dal calore ambientale

I ricercatori della Hong Kong Polytechnic University hanno recentemente dichiarato di aver sviluppato una batteria alimentata soltanto dal calore ambientale. La nuova batteria, a base di grafene, convertirebbe l'energia termica dei ioni diffusi in una soluzione acquosa per convertirla in elettricità.
Sembra la soluzione per tutti i problemi di energia delle più disparate periferiche elettroniche attualmente in circolazione, ma la nuova invenzione deve ancora passare dal necessario processo di peer-review per poter essere dichiarata effettivamente funzionante. Questo, tuttavia, non ci impedisce di fornire una spiegazione di come la nuova batteria dovrebbe funzionare.
Gli ioni non sono materia esotica: si tratta sostanzialmente di particelle elettricamente cariche, che hanno perso o acquisito uno o più elettroni modificando la loro tradizionale configurazione atomica.
In una soluzione acquosa, gli ioni tendono a muoversi a qualche centinaio di metri al secondo in ogni direzione. In questa situazione di normalità, l'energia termica di questi ioni può raggiungere diversi kilojoules per chilogrammo per grado di temperatura; ma fino ad ora nessuno si era mai adoperato per trovare un modo di sfruttare questa energia.
Uno dei primi a farlo è stato Zihan Xu: assieme ai suoi colleghi, ha realizzato una batteria dotata di elettrodi d'argento e d'oro posizionati su una striscia di grafene. E' proprio il grafene a fornire la "magia" necessaria per ottenere ciò che non era mai stato ottenuto: questo materiale, costituito da una pellicola spessa solo un atomo, entra in continua collisione con ioni di rame, dispersi in una soluzione acquosa e capaci di strappare un elettrone al grafene.

Gli elettroni scalzati dalle loro orbite si muovono nel grafene a velocità estremamente superiori a quelle registrabili in un normale materiale conduttore di elettricità. Tendono, quindi, ad incanalarsi naturalmente verso il percorso che offre meno resistenza, preferendo il grafene alla soluzione acquosa. Questo flusso di elettroni è ciò che crea il voltaggio della batteria, spiega Xu.
I ricercatori hanno eseguito sperimentazioni sostituendo il grafene con nanotubi di carbonio o grafite, ma i risultati sono stati decisamente scarsi, nell'ordine di qualche microvolt. La capacità del grafene di condurre elettricità decine di volte più efficacemente del rame consentirebbe di ottenere oltre 2 V da una sola soluzione acquosa ospitante sei strisce di grafene.
La tecnologia è sicuramente molto diversa dalle convenzionali batterie al litio. "L'energia emessa da questa batteria è continua e funziona soltanto accumulando l'energia termica degli ioni che ha intorno, teoricamente infinita" spiega Xu.
Il voltaggio prodotto dalla batteria può inoltre essere aumentato riscaldando la soluzione acquosa, o accelerando gli ioni di rame con gli ultrasuoni sfruttando la sonoluminescenza. Tutto ciò che aumenta l'energia cinetica degli ioni è capace di aumentare il voltaggio della batteria.
La batteria non si limita a sfruttare gli ioni di rame: può funzionare con ioni di sodio, di potassio o di carbonio, anche se il voltaggio prodotto è risultato inferiore a quello ottenuto con il rame. "Il concetto è molto interessante" dichiara Bor Jang del Nanotek Instruments, esperto nella realizzazione di supercondensatori di grafene, "ma saranno necessari ulteriori studi per capire quale approccio possa fornire sufficiente energia o densità di potenza per utilizzi pratici".
Graphene in new ‘battery’ breakthrough?