Organico e accumulo di energia: ecco le batterie ricaricabili che si ispirano alle foglie

Quando parliamo di energie rinnovabili e di nuovo modello energetico alla luce delle nuove tecnologie e delle nuove frontiere di ricerca ed innovazione si tratta spesso di riscoprire le nostre origini ripercorrendo le modalità di funzionamento alla base dell’esistenza delle forme di vita sul nostro pianeta.

Le tecnologie “organiche”, che si richiamano per esempio a processi alla base della vita sul pianeta come la fotosintesi clorofilliana, sono alla base di una branca tecnologica del fotovoltaico (vedi post “Fotovoltaico di terza generazione: il colorante organico raggiunge l’efficienza del silicio“).

Un nuovo interessante impulso in questo ambito è quello che arriva dalla ricerca applicata alle batterie ricaricabili, legata alla struttura vascolare che si trova all’interno delle foglie delle piante potrebbe essere alla base della soluzione per migliorare le prestazioni delle batterie ricaricabili oltre che di una lunga lista di dispositivi elettrici. Si tratta di una nuova linea di ricerca dell’Università di Cambridge, dove un team di ricerca internazionale, con scienziati provenienti da Cina, Regno Unito, Stati Uniti e Belgio, sta alla realizzazione di collaborando alla realizzazione nuovi materiali per il trasferimento efficiente dell’energia, grazie ai principi della biomimetica, cioè di quella branca biotecnologica che effettua uno studio consapevole dei processi biologici e biomeccanici della natura come ispirazione per il miglioramento delle tecnologie delle attività umane, in un contesto che vede la natura come “modello”, “misura” e come “guida” per la progettazione di oggetti e dei manufatti tecnici.

L’ispirazione del lavoro di ricerca è identificabile nella “legge di Murray” che aiuta gli organismi naturali a sopravvivere e a crescere. Si tratta di una legge secondo la quale l’intera rete di pori esistenti su scale diverse nei sistemi biologici è interconnessa in modo da facilitare il trasferimento di liquidi, minimizzando la resistenza in tutta la rete stessa. I tronchi di un albero o le sue nervature, ad esempio, riescono così ad ottimizzare il flusso di nutrienti per la fotosintesi con una alta efficienza ed un minimo consumo energetico.

Dettaglio della conformazione gerarchica delle strutture porose secondo la legga di Murray in strutture viventi come foglie e insetti (fonte articolo Nature Communications)

Il team, guidato dal Professore Bao-Lian Su, ha adattato questo principio alla realizzazione del primo ‘materiale Murray’ sintetico, attraverso l’applicazione di tre processi:

  • la fotocatalisi, metodo catalitico applicato a reazioni fotochimiche, condotto mediante l’ausilio di un catalizzatore attivato se irradiato con luce di opportuna lunghezza d’onda;
  • il rilevamento dei gas;
  • il funzionamento delle batterie ricaricabili al litio.

In ciascuno dei tre processi sopracitati, le reti porose multi-scala del nuovo materiale sintetico sono state in grado di migliorare notevolmente le prestazioni degli stessi.

In un approfondito report dello studio è stato pubblicato in questi su Nature Communications (vedi link in calce al post), viene descritto come il tema di ricerca abbia impiegato nanoparticelle di ossido di zinco, contenenti piccoli pori al loro interno, come minuscoli mattoni per il nuovo materiale bioispirato. Nell’esecuzione dei test è stato dimostrato che il “materiale Murray” può migliorare considerevolmente la stabilità a lungo termine e i cicli di carica/scarica nelle batterie ricaricabili al litio, con un incremento della capacità fino a 25 volte rispetto a quella della grafite attualmente utilizzata negli elettrodi della pila. La conformazione gerarchica dei pori è in grado di ridurre anche le sollecitazioni di questi elettrodi durante i processi di carica/scarica, migliorandone la stabilità strutturale con il conseguente, significativo allungamento della vita.

Sauro Secci

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2 risposte a Organico e accumulo di energia: ecco le batterie ricaricabili che si ispirano alle foglie

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