Sapere Scienza

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Un’alternativa alle comuni batterie? Saponi e lassativi potrebbero essere la risposta

28 Agosto 2019

Siamo ormai totalmente dipendenti dalle batterie: sono nei nostri smartphone, nei lettori mp3, nei computer portatili e in tanti altri dispositivi di uso quotidiano. A loro chiediamo soprattutto una buona durata, caratteristica che viene meno man mano che la batteria invecchia: un problema che ci costringe a riempire le nostre borse di power bank o a cercare ossessivamente una presa di corrente ovunque ci troviamo. Esistono alternative per soddisfare la nostra sete di energia? Gli scienziati ci stanno lavorando e hanno scoperto che la soluzione potrebbe essere nascosta in materiali di uso comune come saponi, detergenti e persino lassativi.

 

Un insaziabile bisogno di energia

 

Un'alternativa alle comuni batterie agli ioni di litio, dalla vita breve e relativamente pericolosa a causa del rischio di esplosione, sono i supercondensatori. Cosa sono? Cerchiamo di procedere un passo per volta. Un condensatore è un sistema composto da due piastre metalliche (elettrodi o armature) separate da un materiale isolante (dielettrico), connesso con l'esterno tramite due elettrodi. La carica è accumulata al suo interno grazie allo spostamento di portatori di carica, elettroni e cariche positive, da un'armatura all'altra. È la separazione di cariche a produrre una differenza di potenziale tra le due armature, la quale genera un campo elettrico portatore di energia che può essere sfruttato in un circuito esterno. Un supercondensatore (detto anche condensatore elettrochimico a doppio strato) è un accumulatore di carica elettrica avente una densità di carica (carica per unità di volume o di peso) molto alta rispetto ai condensatori convenzionali, nell'ordine di milioni di volte maggiore.

 

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Perché i supercondensatori non sono usati al posto delle batterie?

 

Perché i supercondensatori non sono giù utilizzati al posto delle batterie? I supercondensatori si ricaricano velocemente ma non sono competitivi con le batterie per quanto riguarda l'immagazzinamento di energia: in un supercondensatore le reazioni avvengono all'interfaccia tra componenti solidi (gli elettrodi) e quelli liquidi (l'elettrolita), un'area più piccola rispetto all'intero volume degli elettrodi di una batteria. Il vantaggio dei supercondensatori, però, è nell'alta densità di potenza, per questo motivo vengono impiegati come accumulatori di energia a breve termine in ambiti quali avviamento dei motori a combustione interna, controllo delle pale eoliche, elettricità per flash di fotocamere e per tutti quegli utilizzi che richiedono una potenza di tipo impulsivo.

 

Nuovi supercondensatori costruiti con saponi, detergenti e lassativi

 

In uno studio pubblicato sulla rivista Nature Materials e commentato sul New York Times Science, gli scienziati del MIT-Massachusetts Institute of Technology hanno descritto un nuovo fenomeno che potrebbe aumentare la capacità di immagazzinamento di energia di un supercondensatore, rendendolo così competitivo con le batterie. La novità è nell'impiego di una classe di elettroliti composti di liquidi ionici o sali che rimangono liquidi a temperatura ambiente. I liquidi ionici sono composti allo stato liquido, costituiti esclusivamente o prevalentemente da ioni, cioè da atomi o aggregati di atomi dotati di carica elettrica. I componenti molecolari di questa nuova classe di sali liquidi possono trovarsi tranquillamente in tutti i supermercati: sono infatti saponi, detergenti e lassativi.
Inizialmente sono stati preparati dei liquidi ionici da ioni carichi positivamente e negativamente che fossero di grandezze molto diverse. È importante sottolineare che gli ioni carichi negativamente sono anche tensioattivi, ossia molecole molto grandi che hanno una coda idrofoba, che respinge l'acqua, e una testa idrofila con carica negativa. Nelle giuste condizioni di temperatura questi liquidi hanno mostrato di poter aumentare la capacità di immagazzinamento di energia dei supercondensatori. Come? All'interfaccia tra l'elettrodo e l'elettrolita i tensioattivi riuniscono le piccole cariche positive intorno agli elettrodi mentre le code idrofobe si uniscono in una rete: un'alta concentrazione di cariche positive agli elettrodi si traduce in più energia impacchettata in uno spazio più piccolo. Questa capacità dei tensioattivi di auto-assemblarsi non è a noi così sconosciuta: è lo stesso principio grazie al quale si formano le bolle di sapone.

 

Non solo energia: altre applicazioni dei liquidi ionici

 

Xianwen Mao, ingegnere chimico e autore principale del lavoro riportato su Nature Materials, ha rivelato al New York Times che - con alcune modifiche - questi liquidi ionici potrebbero essere adoperati anche per la somministrazione di farmaci e la cattura di anidride carbonica. Per farlo gli scienziati stanno ora cercando di trasformare i liquidi in gel in grado di intrappolare o rilasciare molecole in maniera controllata, dopo una stimolazione elettrica.
A volte le soluzioni più innovative si nascondono nelle cose semplici come una bolla di sapone.

 

Vincenzo Balzani ci spiega come utilizzare un altro tipo di energia, quella proveniente dalla nostra stella. Per saperne di più, acquistate e leggete l'articolo "Qual è il modo più efficiente per utilizzare l'energia solare?", pubblicato nel numero di giugno 2014 di Sapere.

 

Credits immagine: foto di rawpixel da Pixabay

copertina   settembre-ottobre 2019

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