Immaginate una batteria che resta spenta finché non respira aria, che si biodegrada senza lasciare veleni e che, nei casi estremi, può addirittura decidere di autodistruggersi. Non è un gadget uscito da un film di spionaggio ma il risultato di uno studio condotto da ricercatori della North Carolina State University e della Rice University, pubblicato su Science Advances. Il cuore della ricerca è una cella che si attiva assorbendo l’umidità dell’aria, un compromesso interessante tra le vecchie batterie al litio e le tecnologie che raccolgono energia dall’ambiente.
Il problema di fondo è noto da tempo. Le celle agli ioni di litio sono affidabili ma rigide, pesanti e piene di materiali che è meglio non toccare. Le alternative più leggere e flessibili, invece, faticano a garantire un’alimentazione costante. Questa nuova soluzione prova a mettere d’accordo i due mondi, con un occhio di riguardo verso l’elettronica indossabile e i dispositivi dell’internet delle cose.
Come funziona questa batteria che beve aria
La cosa più curiosa è che la batteria viene prodotta e trasportata completamente a secco. Senza umidità resta inerte, non genera un solo ampere e quindi non subisce quel lento processo di autoscarica che rovina le batterie tradizionali durante lo stoccaggio. Basta esporla all’aria e il gioco è fatto: il materiale interno cattura il vapore acqueo e crea da solo l’elettrolita necessario. Funziona persino in ambienti molto secchi, con livelli di umidità intorno al 10%, il che la renderebbe utilizzabile addirittura in condizioni desertiche.
Il meccanismo è diverso dal solito. L’anodo è in magnesio, il catodo combina argento e cloruro d’argento, mentre in mezzo c’è una membrana di cellulosa imbevuta di sali di cloruro di litio. Quando la membrana assorbe l’umidità i sali si sciolgono, si forma un elettrolita fatto essenzialmente di acqua salata e gli ioni iniziano a muoversi tra i due poli. Niente solventi organici infiammabili, niente materiali tossici. L’idea era proprio quella di usare l’acqua come elettrolita sicuro e reperibile ovunque.
I numeri, per essere un prototipo, non sono affatto male. Durante i test la batteria ha alimentato un pulsossimetro Bluetooth wireless per circa 30 ore di fila, un’autonomia paragonabile a quella di molte batterie commerciali della stessa categoria. Sul fronte tecnico si parla di una tensione a circuito aperto di circa 1,6 volt, una capacità specifica di circa 52 mAh/g e un’energia specifica intorno agli 81 mWh/g, valori che in certi scenari superano quelli di alcune celle già in vendita.
C’è poi un dettaglio di design che merita una menzione. Per tenere alte le prestazioni anche quando la batteria viene piegata o allungata, i ricercatori si sono ispirati alle scaglie del pangolino. Invece dei soliti collegamenti a serpentina hanno usato elementi sovrapposti che scorrono l’uno sull’altro durante le deformazioni, riducendo gli spazi vuoti che di solito abbassano la densità energetica.
Autodistruzione e sensori che si dissolvono
Qui la faccenda si fa da film. Dentro l’involucro può essere inserito un piccolo compartimento con una miscela secca di polvere di alluminio e iodio, tenuta lontana dall’umidità da una membrana. Se qualcuno prova a manomettere il dispositivo esercitando pressione, la miscela entra in contatto con l’acqua assorbita e scatta una reazione chimica potentissima, capace di generare calore sufficiente a incendiare tutto. In una prova pratica il sistema è stato montato su un sensore wireless per il rilevamento dei gas: una volta attivato l’antimanomissione, il dispositivo è stato distrutto in circa tre minuti, componenti CMOS inclusi.
I ricercatori pensano ad applicazioni nelle missioni di intelligence o dove la riservatezza dei dati conta davvero. Ma la stessa piattaforma apre anche la strada all’elettronica transitoria, cioè circuiti progettati per dissolversi in modo controllato una volta finito il loro compito. Cambiando i materiali si potrebbero costruire sensori che, a contatto con l’acqua, spariscono entro tempi prestabiliti, riducendo i rifiuti elettronici dei dispositivi monouso, un tema caldo soprattutto nel monitoraggio ambientale.
Restano i limiti, ovviamente. È una batteria primaria, quindi non ricaricabile, e le sue prestazioni dipendono da quanta umidità c’è intorno. Bisognerà capire quanto dura nel tempo, quanto è affidabile sul campo e soprattutto se sarà producibile su larga scala a costi ragionevoli. Come per molte innovazioni nate in laboratorio, serviranno diversi anni prima di sapere se arriverà mai sugli scaffali.