Silicene, l'analogo in silicio del grafene

Prodotto per la prima volta un foglio di silicene, un materiale bidimensionale simile al grafene ma composto da atomi di silicio. La sua esistenza era stata prevista teoricamente; ma non era ancora stata dimostrata in maniera convincente. Il nuovo materiale, dalle proprietà elettroniche simili a quelle del grafene, promette di essere più agevolmente integrabile nei dispositivi elettronici    (red)

La scoperta delle singolari proprietà del grafene da parte di Andre Geim e Konstantin Novoselov, che per questo hanno ricevuto il premio Nobel per la fisica nel 2010, ha aperto l’era dei materiali “bidimensionali” spingendo i ricercatori a studiare nuovi materiali 2D che proprio in virtù del loro confinamento in un piano mostrassero caratteristiche altrettanto se non più interessanti. Solo ora però si profila un serio concorrente al “trono” del grafene: il silicene.

Come annunciano in un articolo pubblicato sulle “Physical Review Letters” un gruppo di ricercatori della Technische Universität di Berlino, del CNR-ISM a Roma, dell’Université d'Aix-Marseille e del Synchrotron SOLEIL a Saint Aubin è riuscito a produrre, mediante una tecnica di condensazione di vapore di silicio su un substrato d’argento, un foglio monomolecolare di silicio, il silicene appunto. Il particolare interesse del silicene è dovuto al fatto che esso dovrebbe avere proprietà elettroniche simili di grafene, ma dovrebbe essere più compatibile e integrabile con gli attuali dispositivi elettronici a base di silicio.

L’esistenza del silicene era stata prevista per via teorica fin dal 1994, ma sembra che in natura non esista in natura né che esista una fase solida del silicio che sia il corrispettivo di ciò che è la grafite per il carbonio, "di conseguenza – ha detto Patrick Vogt, uno degli autori della ricerca – strati di puro silicene 2D non possono essere generati con metodi di esfoliazione come nel caso del grafene e devono essere presi in considerazione metodi più sofisticati per la crescita di silicene".

Nel 2010, un altro gruppo di Aix-Marseille diretto da Bernard Aufray aveva cercato di ottenere il silicene con una

tecnica affine a quella utilizzata in questo ultimo studio, portando a supporto del risultato immagini e misurazioni ottenute in microscopia a effetto tunnel. Tuttavia, la comunità scientifica non era rimasta convinta dell’effettiva produzione del silicene dato che – come viene ricordato nell’articolo “non è la prima volta nel campo della ricerca che le misure STM sono fuorvianti nell’individuazione di trovare un modello strutturale atomico”.

Per questo i ricercatori hanno voluto produrre una dimostrazione inappuntabile dell’esistenza del silicene, impegnandosi in uno sforzo che ha richiesto la mobilitazione in campi e tecniche disparate. Alla fine, il risultato è stato raggiunto: lo strato silicene 2D formato sulla superficie del substrato in argento mostrava una modalità di crescita e aspetti strutturali e chimici previsti dalla teoria per il silicene; la distanza fra gli atomi vicini di silicio era “ragionevole”; la velocità Fermi corrispondeva a quella prevista per un sistema 2D; la dispersione elettronica era simile a quella dei fermioni relativistici di Dirac; il sistema era energeticamente stabile.

Ora i ricercatori intendono cercare di far crescere il silicene su materiali diversi dai metalli, per esempio semiconduttori o isolanti, cosa che consentirebbe una ancora maggiore adattabilità del materiale ale future applicazioni tecnologiche.

Un gene (mal) duplicato ha diretto l’evoluzione del cervello umano

Interferendo con l'azione del gene originario deputato a stimolare la maturazione dei neuroni, lascia alle cellule cerebrali più tempo per sviluppare connessioni a lungo raggio. La duplicazione sarebbe avvenuta 2,5 milioni di anni fa, in corrispondenza del momento in cui è avvenuta la separazione del genere Homo da Australopithecus  (red)

In effetti questa non è la prima volta che vengono rilevati geni extra che sembrano avere avuto un ruolo nello sviluppo evolutivo del cervello: "Ci sono circa 30 geni che sono stati selettivamente duplicati negli esseri umani, molti dei quali hanno a che fare proprio con il controllo delle strutture cerebrali", spiega Franck Polleux, che ha diretto una delle due ricerche. Tuttavia, in genere queste duplicazioni non sono funzionali, mentre quella identificata ora ha una particolarità, che ne fa "un esempio importante di innovazione genomica che ha contribuito all'evoluzione umana".

Il gene duplicato allunga i tempi di maturazione dei neuroni, consentendo la creazione di reti più ampie.  (© Dennis Kunkel Microscopy, Inc./Visuals Unlimited/Corbis)

Ad attirare l’attenzione dei ricercatori è stato il gene srGAP2 – che codifica per una proteina con un ruolo significativo nel processo di maturazione del cervello – la cui duplicazione è avvenuta almeno due volte nel corso dell'evoluzione umana: prima circa 3,5 milioni di anni fa e poi ancora circa 2,5 milioni di anni fa. Questa seconda duplicazione è stata peraltro solo parziale ma in grado di far emergere una nuova funzione genica.

I ricercatori hanno individuato sul cromosoma 1, dove risiede il gene per la proteina srGAP2, due ulteriori copie vicine, che hanno chiamato SRGAP2B e SRGAP2C, che sono oltre il 99 per cento identiche all'originale (ribattezzato SRGAP2A). Dopo aver sviluppato sonde in grado di distinguere questi geni e i loro prodotti proteici, i ricercatori ne hanno esaminato l’espressione in colture di cellule di tessuto cerebrale.

E' stato così rilevato che solo la copia SRGAP2C era biologicamente attiva ed espressa ad alti livelli; inoltre solo questa dava origine a una versione tronca della proteina originale. L'aspetto singolare è che la nuova proteina tronca manca della capacità di promuovere la maturazione cellulare propria dell’originale ma è in grado di interferire con essa e inibirne la normale espressione.

Come hanno mostrato i ricercatori in una serie di esperimenti in vitro, la srGAP2 accelera la maturazione cerebrale anche inducendo i neuroni a sviluppare filopodi, piccole appendici che la ancorano a un sito specifico, e limitando lo sviluppo delle spine dendritiche, che invece in presenza della proteina tronca hanno molto più tempo per “fiorire” e generare connessioni sulle lunghe distanze.

Attraverso una serie di analisi di datazione delle mutazioni, i ricercatori hanno poi scoperto un'altra circostanza interessante: la seconda duplicazione, incompleta, è avvenuta circa un milione di anni dopo la prima, completa ma sostanzialmente inattiva, ovvero in corrispondenza della separazione del genere Homo da Australopithecus.

Lo studio delle duplicazioni geniche potrebbe portare a una migliore comprensione dei disturbi dello sviluppo umano. L'autismo e la schizofrenia, per esempio, sono noti per caratterizzare un'anomala connettività neuronale che influenza lo sviluppo sinaptico, ma sono risultati difficili da modellare accuratamente in modelli murini.

Duplicazioni geniche come SRGAP2C, che normalmente non si verificano nei topi, potrebbero fornire importanti pezzi mancanti al puzzle completo. "Abbiamo in programma di aumentare i modelli murini esistenti con l'aggiunta di alcune duplicazioni dei geni specificamente umani", ha detto Polleux.

Le centrali sottomarine del futuro "ruberanno" energia all'oceano

dal sito: www.repubblica.it

FONTI PULITE

Sfruttando la differenza di temperatura nelle acque tropicali è possibile costruire centrali per produrre elettricità senza inquinamento. Ci sono però ancora alcune limitazioni tecnologiche da superare, ma Stati Uniti e Giappone non si arrendono...  

di MASSIMILIANO RAZZANO

RACCOGLIERE energia direttamente dal mare, sfruttando il calore delle acque tropicali per attivare delle centrali termoelettriche nell'oceano. Un progetto che a prima vista può sembrare semplice, se non fosse che una centrale sottomarina efficiente richiede la costruzione di un'enorme sistema di pompaggio largo alcuni metri e che si estende per oltre un chilometro di profondità.

Praticamente come costruire un tunnel della metropolitana ed immergerlo verticalmente negli abissi marini per una profondità pari a tre grattacieli come l'Empire State Building. Una sfida tecnologica molto ambiziosa, ma che secondo gli ingegneri della Lockheed Martin potrebbe essere realizzabile in pochi anni.

Come discusso recentemente anche su Popular Science ¹, l'azienda americana nota a tutti per la sua attività nel campo aeronautico sta lavorando ad un prototipo di centrale capace di sfruttare il calore degli oceani tropicali e convertirlo in energia elettrica. Il prototipo, che dovrebbe produrre 10 megawatt, dovrebbe essere completata entro quest'anno, e potrebbe rappresentare una svolta nel campo delle energie rinnovabili.

A spese dell'oceano. Esistono diversi metodi per produrre energia a spese delle acque dell'oceano, sfruttando ad esempio le maree o il moto ondoso per mettere in moto turbine e generare elettricità. Ma il metodo studiato dai tecnici della Lockheed Martin si basa su un principio diverso, che non utilizza il movimento delle masse d'acqua.

La centrale sviluppata dagli americani utilizza invece l'energia talassotermica (o mareotermica), cioè sfrutta la differenza di temperatura fra l'acqua in superficie ed in profondità per attivare i generatori elettrici. Le centrali a conversione di energia termica dell'oceano, o OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) in inglese, sono sofisticate macchine termiche nelle quali un fluido scorre in un circuito e scambia calore con l'acqua a diverse temperature.

Nelle centrali a ciclo chiuso, come quella che stanno studiando alla Lockheed Martin, un fluido con punto di ebollizione basso (ad esempio ammoniaca) entra in uno scambiatore di calore dove a contatto con acqua calda evapora. La pressione del vapore fa ruotare le pale di una turbina collegata ad un generatore di corrente elettrica. Successivamente il vapore arriva ad un altro scambiatore di calore, nel quale entra in contatto con l'acqua fredda e condensa in liquido, che viene immesso nuovamente nel ciclo.

Esistono poi sistemi a ciclo aperto, nei quali è l'acqua stessa dell'oceano che viene fatta evaporare in recipienti a bassa pressione, e successivamente fatta condensare dopo che il vapor d'acqua ha attivato le turbine. Un terzo tipo di centrali OTEC è di tipo ibrido, in cui in un primo tempo l'acqua è fatta evaporare ed il vapore è poi utilizzato per far evaporare il fluido. Questo tipo di procedimento può essere applicato con successo negli oceani tropicali, dove la temperatura superficiale può raggiungere i 30 °C mentre nelle zone più profonde può arrivare a 6 °C.

Tra le varie forme di conversione dell'energia marina, quella talassotermica sembra essere una delle più promettenti, sebbene il rendimento teorico sia relativamente basso e possa raggiungere il 7%. Inoltre, ogni giorno i mari tropicali assorbono una quantità di energia solare pari all'energia prodotta da 250 miliardi di barili di petrolio. Infine, oltre a produrre energia pulita senza scorie, questo tipo di centrali hanno anche interessanti impieghi secondari. Per esempio l'acqua fredda può essere utilizzata per alimentare sistemi di aria condizionata, oppure gli impianti possono essere anche impiegati per desalinizzare l'acqua di mare in maniera molto rapida. Ma quando è nata l'idea di questa fonte di energia del tutto naturale?

Un'idea ottocentesca. L'idea di sfruttare il calore dell'oceano per realizzare centrali elettriche non è però così nuova. Fu nel 1881 che il fisico francese Jacques Arsene d'Arsonval propose per primo di sfruttare l'energia termica degli oceani. Grazie a Georges Claude, uno degli studenti di d'Arsonval, venne poi costruita la prima centrale OTEC nel 1930 a Cuba, che poteva generare 22 kilowatt. Nei decenni successivi l'interesse crebbe, e negli anni Settanta anche il Giappone e gli Stati Uniti avviarono specifici programmi per sviluppare questo tipo di risorse energetiche.

La Tokyo Electric Power Company ³ costruì una prima centrale OTEC che divenne operativa nell'isola di Nauru agli inizi degli anni Ottanta, producendo 120 kilowatt. Gli Stati Uniti inaugurarono nel 1974 il Laboratorio per l'Energia Naturale delle Hawaii (Nelha ⁴), che sviluppò nel 1979 una prima centrale da 50 kilowatt. Presso i laboratori del Nelha vengono tuttora condotti esperimenti e messi alla prova nuovi impianti.

Grazie alle particolari condizioni climatiche ed alla enorme disponibilità di acqua, le isole hawaiane sono il sito ideale per questo genere di tecnologie, ed è proprio laggiù che verrà installata la nuova centrale a cui stanno lavorando i tecnici della Lockheed Martin. Nel 2009 infatti l'azienda ha ricevuto dalla Marina degli Stati Uniti un finanziamento di 12 milioni e mezzo di dollari per sviluppare impianti di nuova generazione, che potranno servire sia le comunità delle isole che le basi militari dislocate in zona.

Un super-tubo sotto il mare. La sfida principale per questo tipo di centrali sottomarine è la competitività rispetto alle fonti energetiche tradizionali. I calcoli hanno mostrato che, a parità di volume d'acqua impiegato, una centrale OTEC che opera su differenze di temperatura di 20 °C produce la stessa energia di una centrale idroelettrica con un dislivello di circa 30 metri. "Per produrre una quantità ragguardevole di energia, gli impianti per la conversione dell'energia termica dell'oceano dovranno muovere fiumi d'acqua" ha commentato Laurie Meyer, capo tecnologo alla Lockeed Martin.

Infatti è necessario portare in superficie l'acqua fredda dalle profondità dell'oceano, e per muoverne una grande quantità, le simulazioni hanno mostrato che servirà un enorme tubo del diametro di dieci metri e profondo un chilometro. Non è pensabile costruire una simile infrastruttura e trasportarla successivamente, ed è per questo motivo che gli ingegneri hanno sviluppato una serie di sistemi per costruire il tubo direttamente in loco. Per farlo, hanno adattato un sistema attualmente usato per costruire gli aerei, basato su uno stampo iniziale di materiale fuso, che viene successivamente lasciato raffreddare.

Anche il materiale del tubo, un composto di resina e fibra di vetro, è stato sviluppato appositamente anche se i dettagli non sono stati rivelati dall'azienda americana per ovvie ragioni di mercato. Nello sviluppo di questo super-tubo, i ricercatori sono stati attenti ad ogni minimo dettaglio, cercando di ottimizzarlo anche in base ad aspetti decisamente curiosi. Ad esempio si è cercato di limitare la velocità con cui l'acqua viene pompata nel tubo, per evitare che l'impianto possa risucchiare pesci ed altre specie marine che abitano nelle profondità dell'oceano.

Si tratta senza dubbio di una sfida tecnologica di tutto rispetto, ma i ricercatori americani sono fiduciosi, soprattutto perché il prototipo da 10 megawatt che verrà completato quest'anno, un tubo del diametro di quattro metri, sarà un ottimo banco di prova per la costruzione di una centrale da 100 megawatt. Sarà sicuramente un ottimo modo per capire la distanza fra le previsioni e la realizzazione concreta di questi impianti. Perché tra il dire e il fare c'è di mezzo il mare. In questo caso, addirittura l'oceano.
 

(30 aprile 2012)

Brillouin: “il nostro reattore a fusione fredda è migliore dell’E-Cat”

dal sito: www.greenstyle.it

Sulla fusione fredda abbiamo ben poche certezze, nonostante le dichiarazioni di Andrea Rossi, ma tra le poche che abbiamo c’è il fatto che qualsiasi novità giunga nel campo Sterling Allen di PESN ci si getterà a capofitto.
Una tra gli ultimi “anti E-Cat” venuti alla luce è il progetto Brillouin. I protagonisti, come abbiamo già visto, dichiarano di avere in mano un reattore a fusione fredda pronto per essere usato. E se il suo realizzatore tecnico, Robert Godes, sembra avere bisogno ancora di qualche anno per realizzare un prodotto commercializzabile, Allen che ha incontrato tutto il team è rimasto colpito da tre punti che considera assoluti vantaggi nei confronti di Rossi e Defkalion:

• Il reattore Brillouin sarebbe l’unico, a detta di Allen, di cui sia possibile accenderlo e spegnerlo senza problemi di tempo e procedure;
• del reattore di Godes sarebbe poi assolutamente prevedibile l’output energetico. In pratica si avrebbe l’assoluto controllo della reazione;
• Godes avrebbe realizzato una sua teoria che spiegherebbe la fusione fredda.

Tutti questi punti sembrano, in effetti, fondamentali. Ma è il terzo a essere potenzialmente decisivo. Secondo Godes il termine LENR (reazioni nucleare a bassa energia) dovrebbe essere modificato. In particolare egli spiega in questo modo quanto accadrebbe nel suo reattore:

Una certa quantità di protoni di idrogeno viene trasformata in neutroni. Questi neutroni appena prodotti sono poi catturati dagli ioni di idrogeno o da altri atomi in un reticolo metallico (più che altro nickel) situato nei pressi. I neutroni catturati generano calore perché i nuovi atomi sono più pesanti di un neutrone [...].

In questo senso, secondo Godes né fusione fredda, né LENR sarebbero nomi adatti a spiegare il fenomeno. Più giusto sarebbe parlare CECR (Controlled Electron Capture Reactions, reazioni controllate di cattura di elettroni).

Sia come sia, si tratta di un prodotto da un lato assolutamente identico all’E-Cat, dall’altro del tutto diverso. Allo stesso modo del reattore di Rossi, il Brillouin sarebbe alla fine una sorta di boiler estremamente conveniente. Ma, come detto, non sarebbe in gioco una fusione idrogeno + nichel, quanto piuttosto un insieme di reazioni dell’idrogeno, con il nichel a fare da semplice catalizzatore.
Solo il tempo, comunque, ci dirà se qualcuno di questi reattori sia davvero funzionante. Intanto, nella nuova classifica delle invenzioni energetiche più promettenti secondo PESN, dopo la delusione Rossi, Allen continua a concedere il primo posto alla Defkalion. Ma Brillouin sale in seconda posizione e promette battaglia. Vi terremo aggiornati.

Leggi tutto: http://www.greenstyle.it/brillouin-il-nostro-reattore-a-fusione-fredda-migliore-ecat-9118.html#ixzz1toerunbf

La prima stampante 3D sotto i 500 dollari

dal sito: - www.zeusnews.it -

 La tecnologia che permette di realizzare piccoli oggetti diventa finalmente economica.

Se c'è una cosa che certamente frena la diffusione delle stampanti 3D è il prezzo: modelli come il MakerBot Replicator - il cui prezzo è di 1.749 dollari - costano decisamente troppo per le tasche dei comuni mortali.
Uno dei motivi per un prezzo così alto è la decisione di introdurre molte caratteristiche di alto livello all'interno delle stampanti.

Partendo da un approccio diverso, Samuel Cervantes (fino al 2010 Chief Operating Officer di MakerBot) ha creato Solidoodle, una stampante 3D che si potrebbe definire entry level poiché offre le funzionalità fondamentali per 499 dollari.
Disponibile anche in versione Pro e Expert (che costano rispettivamente 49 e 99 dollari in più), Solidoodle è fornita già assemblata ed è in grado di stampare oggetti di plastica che misurano al massimo 6 pollici (15,24 centimetri) in ognuna delle tre dimensioni.
Per poter utilizzare la stampante è necessario disporre di un computer al quale collegarla, mentre il software (compatibile con Windows, Linux e Mac) si può scaricare dal sito ufficiale.

Realizzato in laboratorio il supervirus dell'aviaria

 dal sito: www.zeusnews.it

Creato per prevenire una pandemia, è in grado di trasmettersi da uomo a uomo: si teme che le ricerche possano cadere in mani sbagliate.

Ci sono voluti due mesi di consultazioni per valutare i pro e i contro ma alla fine le ricerche di Yoshihiro Kawaoka, virologo dell'Università del Winsconsin-Madison, sono state pubblicate su Nature.
Al centro del lavoro di Kawaoka ci sono due virus noti anche al grande pubblico per l'allarme che hanno suscitato negli anni scorsi: H5N1 - quello dell'influenza aviaria - e H1N1, responsabile della "suina" del 2009.

Lo scienziato ha studiato e modificato il virus H5N1 (utilizzando anche geni di H1N1) inducendo mutazioni per capire in che modo possa trasformarsi e diventare trasmissibile da uomo a uomo (oggi il virus è in grado soltanto di passare dagli animali all'uomo), anche solo con uno starnuto.
La spinta a condurre queste ricerche è stata data dalla constatazione dell'alto tasso di mortalità riscontrato tra le persone colpite dal virus originale, pari al 60% (in totale sono morte 355 persone): se diventasse in grado di trasmettersi tra le persone, la situazione sarebbe molto grave.
Kawaoka è giunto così alla creazione di un "supervirus" in grado di trasmettersi con uno starnuto - il fenomeno è stato testato su dei furetti - e che, secondo l'autore della ricerca, potrebbe diventare la chiave per capire in che modo il virus H5N1 muta naturalmente e studiare quindi una strategia di difesa qualora dovesse nascere una pericolosa pandemia.
È stata proprio la creazione di questo virus a suscitare le perplessità di Nature: ci si è chiesti se fosse davvero il caso di pubblicare informazioni che, nelle mani sbagliate, potrebbero fornire la base per creare un'arma molto pericolosa.
Alla fine, tuttavia, considerato anche il clamore che si andava creando, Nature ha deciso per la pubblicazione integrale della ricerca, per consentire il processo di peer review e nella speranza che l'ipotesi di Kawaoka - ricavare informazioni per difendersi da varianti più pericolose del virus dell'aviaria - si riveli esatta.
Non tutti, d'altra parte, sono di questo avviso. È il caso per esempio della dottoressa Ilaria Capua, dell'Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie, la quale ha affermato: «Ho i miei dubbi che le mutazioni indotte nel virus per il salto di specie abbiano qualche utilità per lo sviluppo di eventuali vaccini o farmaci antivirali».
«Le mutazioni» - spiega ancora la dottoressa - «riguardano la proteina esterna che il virus usa per attaccarsi alle cellule e infettarle. È come se in un'automobile cambiassi la carrozzeria, senza modificare il motore».

Una batteria "ad aria" con 800 chilometri di autonomia

dal sito: www.lescienze.it

 di Larry Greenemeier

La IBM sta sviluppando un prototipo di batteria a litio-aria che fa a meno di metalli pesanti. Per arrivare a una produzione industriale all’inizio del prossimo decennio, è stato raggiunto un accordo con aziende chimiche giapponesi per la creazione di nuovi ettroliti che assicurino una lunga durata di vita ai nuovi accumulatori di carica  


Un nuovo tipo di batteria al litio attualmente in fase di sviluppo potrebbe fornire l’alimentazione ad auto elettriche tanto da farle viaggiare per ben 800 chilometri prima di dover essere ricaricate, erogando circa 10 volte l'energia fornita dalle attuali batterie agli ioni litio. La prospettiva di una fonte di energia ad aria, che sia leggera e di lunga durata per la prossima generazione di veicoli è allettante, se solo qualcuno riuscisse a costruirne un prototipo. Il fatto è che ci sono diversi “posti di blocco” sulla strada verso queste batterie a litio-aria, soprattutto per quanto riguarda la ricerca di elettrodi ed elettroliti che siano sufficientemente stabili per la chimica della batteria ricaricabile.

L’IBM prevede di adottare batterie a litio-aria con la costruzione di un prototipo funzionante entro la fine del prossimo anno. Venerdì la società ha annunciato di aver intensificato gli sforzi per il loro sviluppo grazie al coinvolgimento di due società giapponesi – l’azienda chimica Asahi Kasei Corp e il produttore di elettroliti Central Glass – nell’IBM Battery 500 Project, un consorzio creato dalla IBM nel 2009 per accelerare il passaggio delle case automobilistiche e dei loro clienti a veicoli ad alimentazione elettrica.

Le batterie agli ioni litio utilizzate negli attuali veicoli elettrici si basano su un catodo in ossido metallico o fosfato di metallo (generalmente cobalto, manganese o materiali ferrosi) che funge da un elettrodo positivo, su un composto a base di carbonio come anodo, o elettrodo positivo, e su un elettrolita per condurre gli ioni litio da un elettrodo all'altro. Quando la macchina va, gli ioni litio fluiscono dall'anodo al catodo attraverso l’elettrolita e una membrana di separazione. La carica della batteria inverte la direzione del flusso di ioni.

Attualmente le più efficienti batterie agli ioni litio per auto possono alimentare un veicolo per soli 160 chilometri prima di esaurirsi. (La Nissan afferma che la sua Leaf, completamente elettrica, ha un'autonomia di circa 175 chilometri.) Veicoli elettrici molto reclamizzati come la Chevy Volt hanno un’autonomia ancora più limitata, di soli 80 chilometri, prima che il entri in funzione il suo motore a gas.

 Schermata di una simulazione delle interazioni fra un elettrolita solvente organico (carbonato di propilene), e ioni di litio (bianco) e di ossigeno vicino a una superficie di litio-perossido di litio. (Cortesia IBM Research-Zurich)

Le specifiche sull’operatività delle batterie a litio-aria sono ancora in fase di determinazione, ma il principio generale è che, invece di utilizzare ossidi di metalli pesanti, l’ossigeno viene prelevato dall’aria mentre il veicolo elettrico è in movimento. Le molecole di ossigeno reagiscono con gli ioni litio e gli elettroni sulla superficie di un catodo di carbonio poroso, formando perossido di litio. La formazione di perossido di litio durante la fase di scarica determina una corrente elettrica che alimenta il motore della vettura. Durante la carica avviene la reazione inversa, e l'ossigeno viene rilasciato di nuovo nell'atmosfera. L'anodo, inoltre, è fatto di litio, il metallo più leggero. Senza il ricorso a metalli pesanti, la batteria sarebbe diverse volte più leggera ma in grado di immagazzinare più energia rispetto alla cugina agli ioni litio.

Anche se tutto questo funziona bene in una simulazione al computer, le batterie a litio-aria hanno nella pratica esigenze specifiche, che gli scienziati stanno ancora cercando di soddisfare. "Abbiamo scoperto abbastanza presto durante lo sviluppo del progetto che gli elettroliti attualmente utilizzati nelle batterie agli ioni litio non funzionano nelle batterie a litio-aria, perché in queste l'ossigeno attacca la batteria e distrugge l'elettrolita", rendendolo incapace di condurre una carica, dice Winfried Wilcke, ricercatore capo del Battery 500 Project. Una soluzione, aggiunge, sarebbe quella di utilizzare due elettroliti diversi, uno per il catodo e un secondo per l'anodo, con una membrana che ne eviti la miscelazione.

È a questo punto che la IBM cercato nuovi partner. La Asahi Kasei svilupperà una membrana che possa essere utilizzata nelle batterie per separare gli elettroliti pur permettendo agli ioni litio di passare dall’anodo ad catodo. La Central Glass svilupperà una nuova classe di elettroliti e di additivi ad alte prestazioni appositamente progettati per migliorare le prestazioni della batteria a litio-aria.

(Cortesia IBM Research-Zurich)

Un altro modo per valutare il potenziale delle batterie a litio-aria è quello di confrontarlo con altre batterie in termini di energia specifica, ossia di quanta energia produce in relazione alle sue dimensioni. Considerando che una tradizionale batteria al piombo per auto produce fino a 40 watt-ora per chilogrammo, una batteria agli ioni di litio arriva al massimo a 250 watt-ora per chilogrammo. Una batteria a litio-aria ha la potenzialità di superare di gran lunga i 1400 watt-ora per chilogrammo. "Il mio obiettivo sono 1000 watt-ora per chilogrammo, ma non avremo il numero reale relativo alla densità energetica fino a che non avremo costruito un prototipo più grande", dice Wilcke.

Il Battery 500 Project non è l'unico in corsa per lo sviluppo di batterie a litio-aria. I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology stanno sviluppando una batteria litio-aria con elettrodi in nanofibre di carbonio. E, Yangchuan Xing, professore associato di ingegneria chimica e biologica presso la Missouri University of Science and Technology, lo scorso anno ha ricevuto dalla Advanced Research Projects Agency–Energy (ARPA–E) un finanziamento di 1,2 milioni di dollari per sviluppare batterie a litio-aria.

Wilcke stima che le batterie a litio-aria possano essere pronte per la produzione non prima del 2020, "se non troviamo alcun intoppo tecnologico lungo la strada." E aggiunge: "L'unica cosa di cui sono certo è che non accadrà in questo decennio."

(L'originale di questo articolo è apparso su "Scientific American" il 20 aprile 2012; riproduzione autorizzata)