Batterie a Carta ed ad acqua

A differenza delle batterie tradizionali, la pila di carta monouso è compatibile con l'ambiente, per l'assenza di sostanze chimiche inquinanti, non presenta rischio di combustione, nemmeno se sottoposta ad elevate pressioni, né risulta soggetta a fuoriuscite di fluidi tossici. E' tanto sottile da risultare ideale per l'impiego in carte di credito, in sistemi di identificazione a radio frequenza (RFID) o in dispenser per prodotti cosmetici o farmaceutici.
L'altra novità viene invece dal Giappone e l'elemento fondamentale in questo caso è l'acqua.
Ne basta infatti anche una sola goccia per attivare la speciale pila ideata da Susumu Suzuki, inventore giapponese e presidente della Total System Conductor.
Se prodotta su larga scala, questa batteria a base di composti di carbonio, anch'essa monouso, costerebbe un decimo delle corrispondenti alcaline, pur mantendo prestazioni paragonabili alle classiche pile al diossido di manganese.
Non potendo essere attivato, se non in presenza di acqua, il dispositivo vanta il pregio di mantenere la carica per diversi anni, anche nel caso in cui giaccia a lungo inutilizzato. Secondo Suzuki le potenzialità della pila “ad acqua” sono nettamente superiori alle batterie tradizionali: può essere impiegata in apparecchi a bassa potenza, quali torce elettriche o radio, è sostenibile perché non contiene metalli pesanti, è economicamente conveniente ed è facile da realizzare.

CELLE FOTOVOLTAICHE PLASTICHE
Tra le nuove tecnologie fotovoltaiche emergenti,
le celle solari a base di semiconduttori organici destano notevole interesse,
non solo scientifico, grazie al rapido incremento delle loro prestazioni dell’ultimo decennio.
I semiconduttori organici sono materiali ‘plastici’, quindi flessibili e leggeri.
Sono processabili da soluzione e possono essere depositati in film ultra-sottili
su qualsiasi tipo di substrato.
L’impiego di semiconduttori organici consente la produzione di celle solari plastiche ,
con tecniche di processo estremamente competitive:
quelle tipiche della produzione delle plastiche.
Presso l’Istituto ISOF vengono realizzati e caratterizzati piccoli prototipi di celle solari organiche.
In particolare, siamo interessati sia alla caratterizzazione di nuovi materiali
che all’ottimizzazione dell’architettura dei dispositivi e dei layer semiconduttori.
I dispositivi vengono realizzati depositando da soluzione (mediante spin-coating) film sottili
(tipicamente di 100 nm) di materiale organico su un substrato (vetro o plastica)
ricoperto da un ossido conduttore trasparente.
La struttura delle celle viene completata mediante l’evaporazione termica di uno strato metallico.
Negli ultimi anni abbiamo ottenuto risultati di particolare rilievo
dall’impiego di materiali contenenti derivati solubili del fullerene,
sintetizzati dal gruppo del Prof. Michele Maggini dell’Università di Padova.
Presso l’Istituto ISOF sono stati condotti i primi studi sull’effetto
del trattamento termico post-produzione sulle prestazioni di celle solari
a base di blende polimero/fullerene, il sistema che attualmente
sembra essere più promettente per il fotovoltaico organico.
Abbiamo dimostrato come un annealing per 30 min a soli 55 °C
possa drasticamente aumentare l’efficienza di conversione delle celle (anche di 4-5 volte).
Tali studi hanno dato l’avvio all’intensa attività degli ultimi anni sui processi di annealing di celle polimero/fullerene, che hanno portato ad una costante crescita dell’efficienza
fino all’attuale record prossimo al 5%.
Nei laboratori dell'University of California di Los Angeles (UCLA) è stato messo a punto un pannello solare in materiale plastico che costa il 10-20% rispetto ad uno tradizionale in silicio.
Il risultato è stato ottenuto dal professor Yang Yang e da due suoi collaboratori, Gang Li e Vishal Shrotriya. Il lavoro è stato pubblicato su Nature Materials.
Il nuovo pannello ha una struttura sandwich con un substrato in materiale plastico di uso comune, quindi a basso costo, sul quale sono annegati due elettrodi conduttivi.

Foto: UCLA A dispetto della semplicità del sistema, le celle sviluppate da Yang Yang sarebbero in grado di raggiungere un'efficienza energeticadel 4,4% vedi sopra.
Si tratterebbe di un risultato ulteriormente migliorabile attraverso nuove ricerche: in breve tempo Yang ipotizza di raddoppiare l'efficienza fino a raggiungere un valore compreso tra il 15 e il 20%, con una vita utile delle celle intorno ai 15-20 anni.

I tradizionali pannelli in silicio di pari durata garantiscono oggi un'efficienza energetica pari al 14-18%.

I nuovi pannelli potrebbero essere lanciati sul mercato nel giro di pochi anni.

Una cella a biocombustibile

Un team di scienziati dell'Università del Texas di Austin, ha messo a punto una cella a biocombustibile, che sfrutta il metabolismo del glucosio e dell’ossigeno senza rilasciare alcun sottoprodotto tossico, per estrarre energia elettrica dall'uva.
La cella, costruita da Adam Heller e colleghi, consiste di due elettrodi di carbonio, ognuno più sottile di un capello, lunghi un paio di centimetri e separati da pochi millimetri. Gli elettroni che vengono trasferiti dal glucosio all’ossigeno fluiscono attraverso il circuito fra l’anodo e il catodo producendo circa 2,4 microwatt, l'energia sufficiente per alimentare un chip di silicio composto da piccoli sensori. La cella a biocombustibile potrebbe essere impiegata in molte applicazioni. Ad esempio, potrebbe fornire energia a partire anche dai fluidi corporei alimentando un piccolo sensore autonomo programmato per effettuare specifiche rilevazioni corporee.
La cella a biocombustibile ha due peculiarità fondamentali: la sua leggerezza, il suo costo corrispondente a pochi centesimi di euro. Nelle prime sperimentazioni si è osservato che dopo un giorno di utilizzo l'energia della cella perde circa un quarto della sua energia. Gli scienziati stimano che affinando ulteriormente la tecnologia si potrebbe portare l'autonomia delle celle fino a una settimana.

Secondo alcuni ricercatori dell'Università di Oxford, è possibile sviluppare celle a biocombustibile più semplici ed economiche usando elettrodi ricoperti da un enzima batterico che ossida l'idrogeno.
Le tradizionali "fuel cell" a idrogeno generano energia mediante reazioni chimiche che coinvolgono idrogeno e ossigeno, spesso usando metalli preziosi come catalizzatori per guidare le reazioni.
I ricercatori hanno cercato più volte di sviluppare celle a combustibile che utilizzassero invece catalizzatori prodotti da organismi biologici, vale a dire enzimi.
Tuttavia, la maggior parte dei microbi che utilizzano l'idrogeno vivono in ambienti poveri di ossigeno, e i loro enzimi non possono dunque tollerarlo.
Inoltre, il monossido di carbonio è dannoso per questi enzimi e per le fuel cell tradizionali.
Sfruttando un enzima batterico già studiato in precedenza, che tollera in parte l'ossigeno,
Fraser Armstrong e colleghi hanno messo alla prova la sua attività catalitica in presenza di ossigeno
e di monossido di carbonio.
I ricercatori hanno creato una semplice cella a combustibile usando questo enzima come catalizzatore
e la cella ha prodotto elettricità, anche senza una membrana per separare l'idrogeno e l'ossigeno e in presenza di livelli elevati di monossido di carbonio.
I risultati sono stati pubblicati sulla rivista "Proceedings of the National Academy of Sciences". Kylie A. Vincent, James A. Cracknell, Oliver Lenz, Ingo Zebger, Bärbel Friedrich, Fraser A. Armstrong, "Electrocatalytic hydrogen oxidation by an enzyme at high carbon monoxide or oxygen levels". Proceedings of the National Academy of Sciences (2005).