La super-batteria italiana al grafene che farà correre auto e telefonini

Dura il 25% in più e può ricaricare rapidamente le macchine elettriche. Lo scienziato Pellegrini: per i veicoli rifornimento in minuti invece che ore

La chiave di tutto è il grafene: un foglio a due dimensioni dello spessore di un atomo di carbonio, scoperto nel 2004 da due ricercatori russi che nel 2010 hanno vinto il premio Nobel. Ha caratteristiche uniche: è flessibile, impermeabile e, soprattutto per quanto riguarda i ricercatori italiani dell’Istituto di tecnologia, è un conduttore elettrico. Ebbene, lavorando sulla base di queste premesse a Genova hanno messo a punto un prototipo unico al mondo: una batteria che grazie ad un anodo trattato con il grafene garantisce un’efficienza superiore del 25% rispetto a una tradizionale batteria al litio. Un quarto in più di corrente insomma, che può essere utilizzata per alimentare auto elettriche o i vari dispositivi elettronici che utilizzano batterie, dagli smartphone ai tablet ai personal computer. Una tecnologia tutta italiana (con il team genovese di Vittorio Pellegrini e Bruno Scrosati hanno lavorato il Cnr e la Sapienza di Roma), pronta per lo sviluppo industriale e che sta già raccogliendo l’interesse di produttori dell’automotive e di gruppi elettrici, come la Bluecar del gruppo Bollorè e l’Enel.


La notizia «ufficiale» della batteria italiana al grafene sarà diffusa tra pochi giorni da «Nano Letters», una delle bibbie mondiali delle nanotecnologie e dell’elettrochimica. Ciò che i ricercatori italiani hanno fatto è sostituire con procedimenti speciali il grafene alla normale grafite utilizzata per l’anodo di una comune batteria al litio, con il risultato che gli ioni di litio si sono «attaccati» assai più copiosamente al nuovo materiale. Il grafene, detto per inciso, ha tra le sue caratteristiche quella di avere il più elevato rapporto tra superficie e peso: con un solo grammo si possono ricoprire 2.600 metri quadrati. All’Iit hanno trovato il modo di trattarlo in una soluzione, ottenendo una sorta di «inchiostro» che viene poi spalmato sull’elettrodo della batteria. In più, la sua flessibilità e robustezza sono uniche, tanto che colossi come Nokia e Samsung si sono già mossi. Il gruppo coreano ha da tempo messo il suo timbro su touchscreen flessibili per i telefonini. Ora si aprirebbe la prospettiva di estendere la flessibilità anche alle batterie dei cellulari, che potrebbero così essere ripiegati e messi in tasca dopo l’uso. E visto che il grafene non perde le sue proprietà anche con torsioni del 40%, a mettere gli occhi sul materiale è stata anche la Head, che ha chiesto a un’azienda coreana di fornirle il grafene per alleggerire il manico delle sue racchette da tennis e renderle più potenti. Quegli attrezzi sono ora nelle mani di campioni come Novak Djokovic e Maria Sharapova.


Una delle prospettive più interessanti agli occhi europei e italiani, tuttavia, riguarda l’annoso problema di come «immagazzinare» energia in modo efficiente. La diffusione dell’auto elettrica, ad esempio, è frenata dalla scarsa autonomia garantita fino a oggi dalle batterie, e dalla lunghezza dei tempi di ricarica, che vanno dalle 6 alle 8 ore. Il prototipo italiano, dice Pellegrini, «in prospettiva apre la strada allo sviluppo di batterie che si potrebbero ricaricare nell’arco di minuti, non ore». Più energia e tempi ridotti, quindi. Ma quanto costa il grafene, e chi lo produce? A Genova, oggi, i ricercatori dell’Iit si autoproducono un paio di litri al mese di «inchiostro», e un contenitore da un centinaio di millilitri costa tra i 3 e i 400 euro. Diverso sarebbe lavorare su scala industriale: a Como lo fa la Directa Plus, maggior produttore europeo con 30 tonnellate l’anno, che ha stretto accordi con l’Iit. Per una volta un’accoppiata italiana ricerca-industria potrebbe rivelarsi vincente.

Batteria che dura 20 anni e ricarichi in 5 minuti

Ricercatori in Malesia hanno raggiunto un punto di svolta nella ricerca sulle batterie agli ioni di litio.

Una batteria agli ioni di litio che si ricarica in cinque minuti e che dura vent'anni. Ci stanno lavorando gli scienziati della Nanyang Technology University (NTU, Malesia), che hanno sviluppato appunto una batteria agli ioni di litio capace di ricaricarsi al 70% in due minuti. La scoperta più rilevante è tuttavia la longevità: il loro prototipo, in teoria, può durare davvero molto a lungo.

Il trucco sta nei nanotubi di diossido di titanio: usati al posto della grafite nell'anodo, accelerano le reazioni chimiche all'interno della batteria e permettono di ricaricarla molto più velocemente. Questa soluzione inoltre permette di effettuare fino a 10.000 cicli di ricariche, molti di più rispetto ai 500 attuali.



Chen Xiaodong (al centro) con Tang Yuxin e Deng Jiyang

Potrebbe essere una svolta, se consideriamo che spesso è proprio la batteria l'elemento che smette di funzionare prima e ci spinge a cambiare l'intero dispositivo – se si tratta di uno smartphone o un tablet. La ricarica veloce, inoltre, potrebbe influenzare molto il settore delle auto elettriche, che potranno ricaricarsi in solo cinque minuti "quanto ci vuole a fare un normale pieno di benzina", ha notato il professor Chen Xiaodong. Ancora più importante, queste batterie sarebbero un toccasana per l'ambiente perché ridurrebbero drasticamente il numero di batterie esauste, sostituite e smaltite.

Purtroppo però le ricadute pratiche sono ancora lontane. La buona notizia è che i materiali in questione, i nanotubi di diossido di titanio, sono relativamente facili ed economici da produrre. Fa ben sperare anche il fatto che c'è almeno un'azienda interessata ad acquistare questo metodo in licenza - iI progetto della NTU va a inserirsi in un mercato che già nel 2016 varrà 18 miliardi di euro.

In arrivo la batteria rivoluzionaria per smartwatch da sei mesi d'autonomia
In arrivo la batteria rivoluzionaria per smartwatch da sei mesi d'autonomia

Il CEO di Swatch ha rivelato al settimanale svizzero Handelszeitung che la sua società è al lavoro su una batteria a lunga durata che potrà essere applicata sia su indossabili che su automobili

Molti degli indossabili di oggi non riescono a superare la giornata in maniera agevole, e l'intera settimana su singola carica è sostanzialmente utopica sui modelli con display avanzati. Un problema serio per la diffusione dei vari singoli prodotti sul mercato di massa, come ha specificato Nick Hayek durante un'intervista al settimanale svizzero Handelszeitung. Ma la soluzione può essere alle porte.

Lo stesso CEO di Swatch interpellato dal settimanale ha infatti detto: "Chiunque riesca a portare sul mercato una batteria per smartwatch che non devi caricare per almeno sei mesi ha un serio vantaggio sui concorrenti. Stiamo lavorando intensamente su questo problema con il nostro gruppo di ricerca Belenos ed il produttore di batterie Renata."



Ha poi precisato: "Arriveremo sul mercato l'anno prossimo con una batteria rivoluzionaria installabile non solo negli orologi ma anche nelle automobili". Contattato da Reuters, un portavoce della società ha confermato quanto dichiarato dall'amministratore delegato di Swatch, che è nello specifico il più grande produttore di orologi al mondo in termini di volumi di vendita.

Swatch ha già annunciato alcuni smartwatch con una buona autonomia, ma parliamo di modelli fortemente specifici come ad esempio Touch Zero One, pensato soprattutto per i giocatori di volley. È chiaro che il settore sta aspettando una tecnologia come quella promessa da Hayek, ma sarà sufficiente per decretare il successo della categoria e, soprattutto, l'annuncio del CEO di Swatch sarà rispettato l'anno prossimo?

Ad oggi sussistono parecchi dubbi sulla categoria: da una parte Apple Watch che sembra aver riscosso un ottimo successo di pubblico iniziale, di contro Google ha fatto un mezzo fiasco con Android Wear. Si tratta di prodotti che hanno più senso per alcune nicchie di mercato (runner, amanti del fitness), ma ancora forse non pronti per il pubblico di massa.

L'autonomia è uno dei più grossi problemi, è vero, ma molti utenti si chiedono ancora cosa riesca a fare uno smartwatch meglio di altri prodotti sul mercato, e quali siano i reali vantaggi di averne uno al polso. Il tutto condito da prezzi di listino molto, forse troppo elevati rispetto agli orologi più tradizionali.

Realizzata batteria eterna?

Quando si parla delle attività che riguardano il lavoro in laboratorio gli incidenti non rappresentano mai qualcosa di positivo tuttavia, un evento fortuito ha portato alcuni chimici a scoprire un sistema che potrebbe estendere la durata del ciclo di vita delle batterie fino a 400 volte in più rispetto alle migliori batterie attualmente presenti sul mercato.

Prestazioni da record del nuovo sistema
Ovviamente la nuova batteria ha ancora bisogno di essere ricaricata tuttavia, la grande differenza con le attuali batterie è rappresentata dal fatto che le prestazioni restano elevate per oltre 200.000 cicli di carica, si tratta cioé dell’intero ciclo di vita d’uso dei dispositivi elettronici quali telefoni, computer, automobili e persino veicoli spaziali. Stiamo parlando quindi di un periodo di tempo molto più lungo del ciclo di vita delle attuali batterie al litio.

Come funziona questa nuova tecnologia?
La parte fortuita dell’evento è rappresentata dal fatto che i ricercatori ancora non hanno compreso esattamente in che modo funziona il sistema. «Abbiamo iniziato a fare esperimenti sugli elementi e abbiamo capito che con il trascorrere del tempo non si esaurivano,» scrive Reginald Penner ricercatore presso la University of California, Irvine. «Non abbiamo ancora capito come funziona il processo alla base di queste nuove batterie.»

Invece del litio, le nuove batterie immagazzinano l’elettricità nei nanofili d’oro.
Lo scopo originario dell’esperimento era semplicemente quello di realizzare una batteria a stato solido utilizzando un elettrolita in gel al posto di un elettrolita liquido, le batterie al litio contengono un elettrolita liquido che le rende sensibili alla temperatura ed estremamente infiammabili.

Gli esperimenti con i nanofili d’oro
Ma quando i ricercatori hanno iniziato a effettuare gli esperimenti con i nanofili d’oro sospesi in questo elettrolita gel, hanno scoperto che tale sistema era incredibilmente durevole nel tempo. Molto più resistente di qualsiasi altro sistema di batterie attualmente in uso. I nanofili d’oro sono migliaia di volte più sottili di un capello umano e non è la prima volta che vengono utilizzati per immagazzinare elettricità. Tuttavia questi sistemi erano considerati fragili e inclini alla rottura.

L’elemento chiave della nuova tecnologia
L’aggiunta dell’elettrolita in gel da parte della dott.ssa Mya Le Thai sembra aver fatto la differenza, così come il rivestimento dei nanofili in ossido di manganese. «Mya stava proprio lavorando proprio all’uso di un elettrolita diverso e ha ricoperto tutto l’insieme dei nanofili con uno strato di gel molto sottile, subito dopo ha fatto partire un ciclo di carica» scrive Penner. «Mya ha scoperto che utilizzando semplicemente questo gel era possibile ricaricare la batteria centinaia di migliaia di volte senza perdere capacità».

«Si tratta di una cosa pazzesca,» ha aggiunto Penner, «poiché questi elementi tipicamente si esauriscono in modo drammatico dopo 5.000, 6.000 o 7.000 cicli al massimo.» Ad ogni ciclo di ricarica le normali batterie perdono efficienza, in altre parole più le batterie vengono ricaricate e meno diventano efficienti. Dopo poche centinaia di cicli di carica generalmente le batterie riescono ad immagazzinare solo una piccola quantità di carica (chiunque possiede un computer portatile o un telefono cellulare conosce bene questo fenomeno).

200.000 cicli di ricarica con una perdita di capacità trascurabile
Gli esperimenti di laboratorio hanno mostrato che il nuovo sistema potrebbe sopportare 200.000 cicli di carica per un periodo di oltre tre mesi perdendo solo il 5 per cento della sua capacità totale. Il team sottolinea che quello che è stato realizzato non è ancora una batteria e non esiste alcuna garanzia che l’efficienza mostrata in laboratorio verrà mantenuta nel momento in cui si proverà a realizzare su scala industriale delle batterie vere e proprie (per alimentare ad esempio telefoni o computer portatili).

I difetti e le sfide da risolvere per rendere la tecnologia utile per applicazioni reali

L’altra cattiva notizia è che il materiale adoperato in laboratorio è molto costoso a prescindere da quanto piccoli siano i nanofili. Per tale motivo il team sta sperimentando l’utilizzo del nichel al posto dell’oro per verificare se è possibile ottenere risultati simili. Inoltre bisogna ancora capire esattamente perché il sistema funziona così bene. Non appena i ricercatori comprenderanno il funzionamento del processo probabilmente saranno in grado di ottimizzare il sistema per renderlo più pratico e conveniente per applicazioni reali. In un ipotetico scenario i ricercatori potrebbero anche essere in grado di far durare le batterie ancora più a lungo. Anche se, già riuscire a far durare una batteria al massimo delle prestazioni per il suo intero ciclo di vita, sarebbe già più che sufficiente.

Infatti, tutti i pezzi sono costruiti per rompersi ^_^ ho sto combattendo una guerra personale per tenere in vita il mio portatile che è ancora efficiente e risponde alle mie esigenze, ma una forza OSCURA mi sta costringendo a rottamarlo.

Purtroppo ormai non abbiamo più scelta nemmeno sui beni che DOBBIAMO\VOGLIAMO cambiare ed oltretutto la cultura della riparazione non esiste più. una cosa, se si rompe, la si butta -_-

Non costruiranno mai una batteria che duri più di 1\2 anni, almeno per l'elettronica di consumo, se no una volta saturato il mercato la fabbrica può chiudere a meno di non innovare il prodotto sostanzialmente ogni anno.

[OFF TOPIC]
ancora una volta l'ORO questo materiale straordinario di cui l'uomo brama il possesso fin dagli albori della sua nascita. E credo proprio che questa bramosia sia legata al ricordo ancestrale della sua utilità tecnologica (per i nostri produttori poi trasmessa a noi) più che ornamentale.
[/OFF TOPIC]

Dipendesse da me, farei immediatamente sperimentare in tutti i campi la sostituzione di tutti i materiali con l' oro

in scala non solo nanometrica, ma pure bidimensionale,

creando un nuovo materiale come il grafene

intendo proprio uno strato d' oro spesso un atomo.


Per me sarebbe la seconda rivoluzione dopo quella del grafene.