Batterie al litio addio… in arrivo le trasparenti 

Due ricercatori della Stanford University hanno pubblicato i risultati di un progetto di ricerca volto ad esplorare le possibilità di realizzare batterie trasparenti che possano essere utilizzate nei comuni dispositivi elettronici ed aprire così la strada a cellulari, tablet, lettori di ebook completamente trasparenti.

Yi Cui, professore associato di scienze ed ingegneria dei materiali e di scienza fotonica per lo SLAC National Accelerator Laboratory, e il dottorando Yuan Yang, hanno pubblicato nell’ultima edizione di Proceedings of the National Academy of Sciences il documento “Batterie trasparenti agli ioni di litio”, dove hanno spiegato quale procedimento hanno utilizzato per realizzare le batterie trasparenti.

Partendo dal presupposto che i fondamentali elementi attivi di una batteria non possono essere resi trasparenti o sostituiti con alternative trasparenti, Yang e Cui hanno approcciato il problema da una differente direzione: rendere i componenti così piccoli da non essere percepibili ad occhio nudo. Yang spiega: “Se qualcosa è più piccolo di 50 micron (65-80 micron è lo spessore del capello umano) il nostro occhio non lo avverte, come fosse trasparente, perché il massimo potere risolutivo dell’occhio umano è compreso indicativamente tra i 50 ed i 100 micron”.

I due ricercatori hanno quindi ideato una struttura reticolare destinata agli elettrodi della batteria, dove ciascuna delle linee che costituisce il reticolo ha una larghezza approssimativamente di 35 micron. La luce filtra attraverso lo spazio tra le linee, le quali essendo così sottili fanno apparire l’intera struttura come fosse trasparente. Per costruire quanto progettato i ricercatori si sono comunque dovuti affidare ad un elemento trasparente per costruire l’intelaiatura del reticolo, ed hanno scelto il polidimetilsilossano (PDMS), un polimero trasparente che viene già comunemente utilizzato nell’ambito della ricerca e nel mondo medico.

“Il PDMS è abbastanza economico e già usato in applicazioni come la chirurgia plastica e la produzione lenti a contatto. Non è però un materiale conduttore e dobbiamo pertanto depositare elementi metallici su di esso” ha spiegato Yang. Il PDMS è stato versato in uno stampo a reticolo per dar luogo al reticolo, il quale è stato esposto a vapori metallici per creare uno strato conduttore.

A questo punto i ricercatori hanno versato sulla struttura una soluzione contenente nanoparticelle di elettrodi attivi. Yang ha sviluppato una speciale sostanza trasparente che venga interposta tra gli elettrodi, modificando un esistente gel elettrolita in maniera tale che possa agire sia da elettrolita sia da separatore. Questo è un passaggio fondamentale nella ricerca portata avanti da Cui e da Yang, in quanto tutti i separatori utilizzati nelle batterie convenzionali non sono trasparenti.

Andando a collocare uno strato di elettrolita tra due elettrodi i ricercatori hanno creato una batteria funzionante. A questo punto è possibile sovrapporre più livelli, in maniera tale da creare batterie di diversa capacità e potenza. Più le linee dei reticoli sono fatte corrispondere accuratamente, maggiore sarà la trasparenza del dispositivo. I test condotti da Yang e Cui hanno dimostrato una trasparenza del 62% alla luce visibile e del 60% con tre celle complete impilate l’una sull’altra. La struttura si è inoltre dimostrata essere molto flessibile.

Secondo le informazioni disponibili, il processo di realizzazione di questa batteria sarebbe più economico di quanto ci si potrebbe aspettare. Commenta Cui: “Il costo è simile a quello delle normali batterie, in special modo se si impiegano metalli a basso costo come collettori di corrente. Non vi sono ragioni per le quali non possa essere prodotta in maniera economica”.

Vi è comunque una limitazione, rappresentata dalla minore densità di energia rispetto alle comuni batterie al litio. I ricercatori affermano infatti che la batteria flessibile ha mostrato una densità di energia comparabile a quella delle batterie al nickel-cadmio.

Yang e Cui sono comunque ottimisti sul fatto che il progresso nella scienza dei materiali permetterà di trovare soluzioni in grado di migliorare la densità di energia di queste batterie. Il processo di produzione può essere adattato alle economie di scala e vi sono potenziali per le applicazioni commerciali. Cui ha inoltre dichiarato di aver avviato la procedura per richiedere il brevetto per la batteria trasparente.