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publié le 1er août 2017 Beauté › Parfum

La batteria ricaricabile di James Bond si scioglie nell’acqua

Ricercatori dell’Università dell’Iowa hanno messo a punto una batteria al litio da 2,5 volt in grado di autodistruggersi nel giro di mezz’ora se immersa in acqua. Il prototipo può alimentare un computer per un quarto d’ora e rappresenta un esempio riuscito di “transient technology”.

Pubblicato il 10 agosto 2016 da Redazione

È made in Usa una nuova batteria al litio in grado di autodistruggersi se tuffata in acqua. Un oggetto minuscolo – spesso un millimetro, lungo sei e largo cinque – nato nei laboratori della Iowa State University per opera di un team composto da ricercatori, professori e studenti. Si tratta di un bel passo avanti nel campo della cosiddetta “transient technology” (temporanea, transitoria), cioè di quegli oggetti hi-tech progettati per funzionare in un lasso di tempo limitato e poi in grado di dissiparsi o sciogliersi se sottoposti all’azione di diversi elementi, quali luce, acqua o altri liquidi.

Le tecnologie in grado di autodistruggersi fanno subito pensare a James Bond o, per restare nella realtà, a segreti militari e politici da proteggere con i metodi più estremi. Ma la ricerca e sviluppo in campo hardware oggi è mirata anche ad applicazioni diverse: per esempio ai sensori per oggetti IoT che, terminato il loro compito, possano dissolversi sotto la pioggia senza lasciar traccia nell’ambiente, oppure ai micro-dispositivi medici che possano essere “smaltiti” dal corpo del paziente.

A differenza di prodotti di esperimenti simili, quello nato in Iowa è il primo a poter vantare “la potenza, la stabilità e la shelf life necessarie per un utilizzo pratico”, si legge nell’articolo accademico di presentazione. Dove si fa una precisazione forse ovvia, ma importante: per essere completamente “transitorio”, un oggetto tecnologico deve integrare una batteria altrettanto capace di autodistruggersi.

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Quello messo a punto è un modello agli ioni di litio da 2,5 volt, che può alimentare un computer per un quarto d’ora, per poi dissolversi nel giro di trenta minuti se immerso in acqua. Il merito di questa proprietà spetta al materiale con cui la batteria è realizzata: otto strati di materiale composito a matrice polimerica, le cui nanoparticelle a contatto con l’acqua si separano, provocando la dissoluzione dell’oggetto. Reza Montazami, il professore e ingegnere meccanico a capo del progetto, ha spiegato che ci vorrà un po’ di tempo prima che dal prototipo si arrivi a un prodotto commerciabile, in grado di alimentare dispositivi elettronici sofisticati. Sarà necessario capire come realizzare batterie con maggiore voltaggio, con più strati di materiale polimerico e con una struttura più complessa.

Die Entwicklung, die auch den Vorteil eines unkomplizierten Recycling bietet, mache beständig weiter Fortschritte, sagt Harris. Schon jetzt lasse sie sich zur Ergänzung anderer Batterietypen einsetzen, um deren Belastung abzufedern und die Lebensdauer zu verlängern. Die Zap&Go-Elemente, die übergroßen Mobiltelefon-Batterien ähneln, werden bereits verwendet. Sie liefern zum Beispiel die Startenergie für der selbstfahrenden Gondeln, die am Flughafen Heathrow Gäste vom Parkplatz zu Terminal 5 bringen.

Um solche Projekte schneller voranzubringen hat Großbritanniens Wirtschafts- und Energieminister nun eine vier Jahre laufende Initiative gestartet. Knapp 250 Millionen Pfund (umgerechnet 275 Millionen Euro) werden dafür bereitgestellt.

Universitäten spezialisieren sich auf Energiesektor

Vor allem die Autoindustrie und die Energieunternehmen will Großbritanniens Regierung mit dem Geld anschieben. Und die Batterie-Initiative ist eine der ersten konkreten Schritte der Industriestrategie von Premierministerin Theresa May. Sie hatte im Januar angekündigt, die britische Wirtschaft mit derlei Initiativen auch nach dem Brexit im Wettbewerb zu halten.

Als ersten Schritt lobte Wirtschaftsminister Greg Clark einen Wettbewerb aus, den sogenannten Faraday Challenge. Dadurch sollte ein universitäres Zentrum für Batterieforschung gefunden werden, „das die Automobil- und Energierevolution antreiben wird.“

Eine Reihe britischer Universitäten hat bereits heute klare Schwerpunkte in der Entwicklung von Batterien und Energiespeichern. So ist die Universität Warwick spezialisiert auf Speicherung von Elektroenergie. An der Universität Nottingham wird unter anderem intensiv geforscht zu Leistungselektronik, in Bath und Brighton arbeiten Institute an der systemischen Effizienz und der Wärmewirkung von Verbrennungsmotoren.

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Geleitet wird der Wettbewerb und die Auswahl des neuen Batterie-Instituts vom „Engineering and Physical Sciences Research Council.“ Dort soll künftig ein Teil der entsprechenden Forschung gebündelt werden, in dem „die hellsten Köpfe und besten technischen Anlagen zusammengebracht werden“.

Gemeinsam mit der Itzehoer Firma Liacon, führender Anbieter von Lithium-Titanzellen, tüftelt sein Team an der FH Kiel deswegen an einem intelligenten Batteriemanagementsystem. Die Zellen sollen als Kurzzeitpuffer für das elektrische Netz eingesetzt werden. Gefördert wird das auf zwei Jahre angelegte Forschungsprojekt von der Energie und Klimaschutzstiftung Schleswig-Holstein (EKSH) und vom Land.

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Bei allen Batterien sind laut Weber zwei Faktoren maßgeblich: Der eine ist der Ladezustand, der anzeigt, wie gut der Energiespeicher gefüllt ist, der andere der Gesundheitszustand, also wie groß die verbliebene Kapazität der Batterie ist. Laut Weber hat die Liacon-Technologie den Vorteil, dass sie bei einem sehr kleinen Volumen viel elektrische Energie aufnehmen und auch wieder liefern kann. „Auch die Lebensdauer ist sehr hoch“, sagt der Professor. Allerdings seien die komplexen elektrochemischen Elemente schwer zu diagnostizieren. „Wir wollen aber Lade- und Gesundheitszustand genau messen können, damit frühzeitig verhindert werden kann, dass die Batterie plötzlich nicht mehr funktioniert.“ Dazu müssen die Zellen stetig überwacht werden.

Batterie: Von 1500 auf 15000 Zyklen
Wie komplex das ist, zeigt der Blick auf einen Forschungsschrank im Labor. Unten liegt eine Batterie, darüber ein Managementsystem aus Dutzenden von Platinen und Kabeln, darüber ein Gerät zum Zykeln. „Eine Elektroauto-Batterie schafft für gewöhnlich rund 1500 Zyklen“, erklärt Weber. Ein Zyklus bedeutet eine vollständige Be- und Entladung der nutzbaren Kapazität. Ein Besitzer könnte demnach etwa 150000 Kilometer fahren, bis die Batterie nicht mehr ihre volle Kapazität besitzt.

Die Lithium-Titanzellen für Kurzzeitpuffer, an denen die FH-Schüler forschen, sollen bis zu 15000 Zyklen – also das Zehnfache davon – schaffen. „Dafür haben sie weniger Energiedichte, das ist schlecht für Elektromobilität“, so Weber. Denn das bedeute, dass die Batterie zu groß und schwer für ein Auto wäre. Deswegen setze die Automobilbranche auf andere Technologien. „Die sind günstiger, halten aber eben auch kürzer.“

Ohnehin seien die Batterien noch ein „neuralgischer Punkt“ bei der Elektromobilität, sagt Weber. Insbesondere, weil die Kosten zu hoch seien. „Der Markt für diese Batterien ist noch nicht richtig aufgeblüht, erst wenn sie in der Masse nachgefragt werden, sinkt auch der Preis.“ Das könne aber noch einige Jahre dauern.

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