Dall'Ohio arriva la prima batteria che 'respira'

Grazie a un team di ricercatori dell'Università statale dell'Ohio, è nata la prima batteria solare al mondo. Il 3 ottobre i giovane dottori di ricerca, capitanati dal professor Yiying Wu, hanno pubblicato i risultati della loro ricerca sulla rivista scientifica Nature Communications: la realizzazione di un dispositivo ibrido, formato da una cella fotovoltaica e una batteria, che in previsione potrebbe essere in grado di abbattere il prezzo dei pannelli solari di circa il 25%. Il device ancora non è stato brevettato, ma il prof. Wu afferma già che la licenza verrà concessa alle industrie che ne faranno richiesta, proprio per il carattere di novità di questa batteria che potrebbe costituire una svolta nel settore delle rinnovabili.

Il prof. Wu si è tra l'altro già distinto nel corso dell'anno per aver vinto un premio di 100.000 dollari per l'energia pulita, conferito dal Dipartimento americano dell'Energia (finanziatore del progetto della batteria solare tra l'altro), perché ha dato vita, insieme a un suo studente, Xiaodi Ren, ad una batteria ad aria che si carica grazie alla reazione chimica del potassio con l'ossigeno.

(La prima batteria solare al mondo incorpora un pannello solare a maglia)

"Di fatto è una batteria che respira", spiega il capo progetto, perché è dotata di un pannello solare a maglia integrato nella batteria che si lascia permeare dall'aria e dunque dall'ossigeno. Inoltre, all'interno del device, si sviluppa un processo per cui la luce catturata viene convertita in elettroni i quali fluiscono con facilità dalla cella all'elettrodo della batteria; il contatto tra luce e ossigeno consente al dispositivo di ricaricarsi. Come spiega Wu, "si può usare un pannello solare per catturare la luce e poi invece utilizzare una batteria economica per immagazzinare energia", in modo tale da ridurre in modo considerevole i costi.

Lo scopo dell'operazione è anche quello di risolvere un problema connaturato al processo di trasferimento  descritto sopra, cioè quello degli elettroni dal modulo solare verso l'esterno, verso la batteria: la dispersione degli stessi durante lo spostamento (normalmente si verifica una perdita di elettricità pari al 20%). Con la batteria solare dell'Università dell'Ohio, questa difficoltà viene aggirata perché, al contrario di quelle sinora sviluppate, il dispositivo ospita già al suo interno il processo di conversione della luce in elettroni e quindi non c'è dispersione.

Come funziona la batteria solare?

Il punto di partenza è il precedente esperimento del prof. Wu. Il nuovo prototipo riesce in un colpo solo a soddisfare vari requisiti:

• L'aria (e quindi l'ossigeno) riesce a penetrare nella batteria che, di solito, essendo composta di materiali semiconduttori solidi, non si lascia invece permeare
• Non si verifica dispersione di elettricità
• Si riesce a collegare una cella solare a una batteria senza ricorrere a due moduli distinti, ma incorporandoli in un unico device

Il pannello solare incorporato è composto da una garza in titanio flessibile, formata da barre verticali di biossido di titanio, così sottili da permettere il rifluire dell'aria, ma che allo stesso tempo catturano la luce solare. Bisogna distinguere però tra la fase in cui la batteria è carica e quella in cui è scarica, usando le parole di WU: "Inspira aria quando è scarica ed espira invece quando è in carica". Nel secondo caso, ossia durante la carica, la luce colpisce la cella e si trasforma in elettroni i quali vengono coinvolti nella decomposizione chimica del perossido di litio in ioni di litio e ossigeno; quest'ultimo viene rilasciato all'esterno, mentre gli ioni rimangono nella batteria e si uniscono con gli elettroni formando metallo di litio, contribuendo al mantenimento in funzione del dispositivo. Nel caso in cui la batteria è scarica invece, l'ossigeno rilasciato viene riutilizzato per ricreare il perossido di litio.

(Le sottili barre di biossido di titanio che compongono la maglia del pannello)

Gli elettroni riescono a passare dal pannello solare all'elettrodo della batteria grazie a un additivo iodato che il team di ricercatori ha deciso di aggiungere per facilitare l'accorpamento della cella alla batteria.

Si stima che con questo sistema la durata di vita della batteria solare possa essere comparata con quella delle batterie sul mercato attualmente.