Fonti energetiche di prossima generazione spianano la strada a dispositivi autosufficienti
Negli ultimi anni sono state sviluppate varie tecniche per il recupero di energia al fine di superare i limiti delle batterie in termini di costo e sicurezza chimica. I racimolatori di energia convertono varie forme di energia in elettricità al fine di rendere autoalimentati i dispositivi, ma per varie ragioni non hanno ancora rimpiazzato le batterie. «Una questione cruciale ed urgente è stata sollevata – come realizzare l’enorme potenziale della tecnologia del recupero di energia?» afferma Yang Bai, borsista Marie Skłodowska-Curie nel progetto NextGEnergy. NextGEnergy, finanziato dall’UE, intendeva studiare se un materiale poteva recuperare molteplici fonti di energia. «Stavamo cercando un materiale in grado di convertire simultaneamente luce, energia termica ed energia cinetica in elettricità», dice Bai. Avendo scoperto un materiale capace di recuperare tutti e tre i tipi di energia, lo hanno sfruttato nelle situazioni in cui i dispositivi devono essere piccoli e portatili. Un materiale prodigioso per rimpiazzare le batterie I ricercatori si sono messi al lavoro osservando la composizione chimica del loro materiale, chiamato KNBNNO, per determinare le sue proprietà elettriche di base. Si sono concentrati sulla modifica di convenzionali materiali ferroelettrici, che sono utilizzati in sensori e attuatori. I ricercatori hanno condotto esperimenti al fine di ridurre la banda proibita del materiale, una caratteristica che deve essere piccola affinché il materiale assorba la luce solare. La squadra si è trovata davanti alcune sfide tecniche all’inizio del progetto, visto che nessuno prima d’ora aveva mai provato a sviluppare un materiale del genere. Hanno provato a combinare semiconduttori con banda proibita stretta e ferroelettrici forti per ottenere il materiale prodigioso che volevano. La squadra stava cercando di «realizzare il recupero di energia multifunzionale, e quindi multi fonte, sullo stesso materiale», dice Bai. Un errore si trasforma in una felice coincidenza Hanno passato il primo trimestre del progetto modificando la composizione chimica del loro materiale al fine di farlo funzionare, per poi scoprire che era il loro metodo a essere difettoso. «Abbiamo supposto che fosse questo il motivo per cui in precedenza non vi sono state storie di successo in questo campo», afferma Bai. «A quel punto, ci siamo trovati in una situazione in cui non esisteva alcuna esperienza o riferimento rilevante per ciò che stavamo facendo». Riducendo quella che viene chiamata concentrazione del drogaggio fino a un livello sufficientemente basso, i ricercatori hanno scoperto che potevano usare il loro materiale come cella solare in aggiunta alle sue altre proprietà di recupero dell’energia. «L’intero progetto si è quindi trasformato, da un giorno all’altro, da una lotta continua a un successo scientifico rivoluzionario». I ricercatori avevano inizialmente progettato il loro innovativo materiale solo per il recupero di differenti fonti di energia, ma hanno si sono accorti che ha del potenziale anche per altre applicazioni. I ricercatori hanno scoperto che il nuovo materiale poteva essere anche applicato in dispositivi opto-elettrici e opto-ferroelettrici di prossima generazione. Commercializzare il nuovo materiale Guardando al futuro, i ricercatori sperano di usare i loro risultati sia nel settore industriale che in quello scientifico. Intendono integrare i loro risultati con le competenze tecniche che già possiedono al fine di commercializzare il prima possibile il materiale e le sue proprietà di recupero dell’energia. L’attuale traiettoria delle nuove tecnologie punta verso un futuro alimentato da batterie ma, a differenza che con le batterie, la squadra vede la sostenibilità di questo innovativo materiale. «Quando è comodo ricaricare, la batteria è indubbiamente una soluzione più favorevole per gli esseri umani al fine di affrontare la questione relativa a stoccaggio dell'energia e fonti energetiche», dice Jari Juuti, il capo della squadra di ricerca. «Ogni anno, tuttavia, miliardi di batterie vengono gettate via e questo, nel caso non vengano gestite adeguatamente, rappresenta un rischio ambientale a causa delle sostanze chimiche che contengono». Questo diventerà più rilevante visto che il numero di dispositivi alimentati a batteria dell’Internet delle cose sta passando dall’ordine di grandezza dei miliardi a quello dei bilioni.
Parole chiave
NextGEnergy, ferroelettrico, Internet delle cose, opto-elettrico, cella solare, energia cinetica, foto-ferroelettrico, piezoelettrico
