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20 agosto 2012

Una nano-batteria al trizio per favore

Sarebbe veramente un bel vantaggio avere un cellulare che resta carico una ventina d'anni senza bisogno di portarsi dietro il carica-batterie e rimanere a secco proprio quando ne hai bisogno. Sicuramente più utile e meno futile, sarebbe avere una batteria quasi eterna per una radio d'emergenza da montare su aerei o natanti. Non è tutta fantascienza, in parte è già realtà. Un esempio sono le pile a radioisotopi montate sulle sonde spaziali e in questo bellissimo autoscatto marziano, potete vedere la complessa struttura della pila al plutonio di Curiosity. In queste batterie, si sfrutta il calore prodotto dal decadimento radioattivo di un opportuno radioisotopo per generare corrente elettrica attraverso l'effetto Seebeck, in cui si ha produzione di energia elettrica tra due materiali diversi posti a temperature differenti. 

Lo svantaggio di questi pile è che sono generalmente piuttosto ingombranti e il radioisotopo d'elezione, il plutonio-238, con i suoi 80 anni di tempo di dimezzamento, deve essere prodotto sulla terra nei reattori. 

Un approccio alternativo è quello di sfruttare l'effetto betavoltaico. Nei pannelli solari si sfrutta l'effetto fotovoltaico, ovvero i fotoni - le particelle elementari di luce - interagendo con un particolare materiale cristallino producono una certa quantità di carica elettrica. L'effetto betavoltaico è simile, tranne che al posto di usare i fotoni, si utilizzano degli elettroni veloci (che i fisici chiamano particelle beta) prodotte in alcune tipologie di decadimento radioattivo. 
Il trizio, l'isotopo dell'idrogeno con due neutroni, è proprio uno di questi beta emittori. L'elettrone emesso è di energia molto bassa, talmente bassa da essere difficilmente rivelabile, ma in grado di produrre energia attraverso l'effetto betavoltaico. Il trizio esiste in natura, anche se per nulla abbondante e viene prodotto come materiale di scarto nell'acqua dei reattori nucleari. Una delle applicazioni più comuni, a parte quelle biologiche come radio-tracciatore, è in alcune particolari segnalazioni d'emergenza (quei cartelli che si tingono di verdognolo quando sono al buio) e nelle torce d'emergenza. E così, il City Labs, un'azienda con sede in Florida, ha messo a punto NanoTritium, la prima batteria vera e propria, non un semplice prototipo, in grado di fornire corrente elettrica per equipaggiamenti ultra critici per almeno vent'anni e in condizioni di lavoro assolutamente estreme.  Le prestazioni di questa batteria non sono eccelse in termini elettrici: disponibile in tre differenti voltaggi (0.8, 1.6 e 2.4) riesce ad erogare una corrente massima compresa tra 50 e 350 nanoAmpere. Il fatto che ci sia una così alta variabilità del valore massimo è sintomo di un processo produttivo che non ha ancora raggiunto il massimo dell'affidabilità. 

E' difficile comparare questi 350 nA con le prestazioni di una normale batteria alcalina o una di quelle ricaricabili. Infatti per una normale batteria il parametro importante è la "capacità" ovvero la quantità di carica elettrica immagazzinata che in genere si aggira intorno ai 1000 mAh (notate che è una corrente moltiplicata per il tempo). In parole povere, se con quella pila volete alimentare un dispositivo che consuma 10 mA, avrete 100 ore di autonomia. La capacità della NanoTritium - stando a quello che ci dicono i produttori - è di oltre 60 mila mAh, ma il limite sono proprio questi soli 350 nA che di fatto permettono di alimentare solo pochi circuiti elettronici, a meno di mettere in parallelo tante celle. 

Al momento il prezzo si aggira intorno ai mille dollari per batteria e il laboratorio ha garantito di essere in grado di assemblarne fino a mille in un anno. Il giorno in cui non dovrò più ricaricare il telefonino è ancora lontano, ma potrebbe arrivare quando sarò ancora in questo mondo!   

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3 commenti:

  1. Massimo Concas20 agosto 2012 12:20

    Wow io un portatile con batteria nucleare me lo sogno la notte :D
    Purtroppo dubito che anche quando raggiungeranno capacità più elevate, questo tipo di batterie raggiungeranno il mercato consumer.
    Troppa fobia per le radiazioni purtroppo :(

    RispondiElimina
  2. Spettacolo, se non fosse per i 1000$ l'avrei comprata sono per averla! =)

    Ho provato a fare due calcoli..

    - Ho cercato le dimensioni della nano-batteria http://www.citylabs.net/productpage/images/28%20Pin%20CERDIP.pdf (le unità di misura delle dimensioni non ci sono ma tra le quadre presumo ci siano i pollici e sotto i mm) e ho visto che occupa 20.3 mm2 senza pin.
    - Ho ipotizzato che una batteria comune occupa 10000mm2 (70x32x4.5 mm)
    - Ignorando il voltaggio che è un po' basso (3.7V quelle dei cellulari) e l'assorbimento massimo (ipotizzo intorno ai 400mA)

    Ciò significa che ad oggi PIU' O MENO con 490 nano-batterie si potrebbero costruire batteria classica con una autonomia 60 volte superiore!

    L'unico difetto sono i 490.000 di costo e la produzione di 2 batterie all'anno! XD

    RispondiElimina
  3. i tuoi conti mi riportano con i piedi per terra :) in effetti, sarà anche la prima vera pila commerciale al trizio, ma di acqua (triziata) ne deve passare ancora tantissima sotto i punti

    RispondiElimina

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