Struttura biomorfica per batterie ultraefficienti

Nel corpo umano come in quello degli altri mammiferi lo strato di grasso sottocutaneo funge contemporaneamente da protezione dall’ambiente esterno, per esempio per isolarci dal freddo, che come riserva d’energia cui attingere in caso di bisogno.

Un team composto di ricercatori di università americane e cinesi ha pensato di adattare questo principio alla robotica, mettendo a punto una sorta di batteria diffusa lungo tutto il corpo degli automi, basata sulla tecnologia zinco-aria, che già presenta interessanti vantaggi rispetto agli accumulatori al piombo, agli ioni di litio o zinco carbone.

Una tecnologia promettente, in via di sviluppo

In una batteria zinco-aria l’anodo di zinco cede elettroni all’ossigeno atmosferico, che funge da catodo. Fra i vantaggi vi sono rispetto agli accumulatori agli ioni di litio una maggior durata e la sicurezza poiché nelle zinco-aria non vi è rischio d’incendio in caso di rottura, mentre a paragone delle piombo-acido vantano un miglior rapporto fra peso e capacità, costi inferiori nonché l’assenza di metalli pesanti, pericolosi per l’ambiente.

Il peso di una batteria rappresenta un aspetto importante di cui tener conto durante la progettazione di ogni dispositivo, costituendo il 20% del peso totale, e altrettanta rilevanza ha il volume. E ciò diventa sempre più evidente man mano che si diffonde l’impiego di robot sempre più piccoli, dai droni ai naniti importanti anche in ambito medico.

Ora il team ha portato sostanziali miglioramenti in dieci aspetti diversi delle batterie zinco-aria e su questi spicca l’impiego di nanofibre aramidiche (note per il loro impiego nella produzione del Kevlar, che in realtà, ricordiamo, è un marchio) la cui struttura interna simile alla cartilagine dimostra allo stesso tempo peculiari qualità meccaniche e nella conduzione del flusso di ioni dal catodo di zinco verso l’ossigeno.

Le batterie zinco-aria sono già in uso nell’industria dell’automobile e delle biciclette e monopattini elettrici

Questa nuova ricerca risolve molti dei limiti rispetto ad alcune tecnologie alternative mantenendo i vantaggi preesistenti. In particolare la capacità di questa nuova batteria zinco-aria è fino a 72 volte superiore a una agli ioni di litio di pari volume, oltretutto con costi decisamente inferiori, costruita con materiali riciclabili e a loro volta recuperabili dal riciclo (per esempio del Kevlar stesso) e praticamente innocui dal punto di vista ambientale.

La struttura della batteria può fungere da corazza-protezione esterna per il dispositivo e risulta adatta ai minirobot flessibili attualmente in forte sviluppo. Ma sono facilmente previste o ipotizzabili applicazioni in svariati campi, non ultimo quello delle protesi in medicina.

La ricerca è stata pubblicata il 19 agosto 2020 sulla rivista Science Robotics.

Di Corrado Festa Bianchet

Guarda anche:

Rispondi