Batterie del futuro: possibili i condensatori quantistici?

Un fisico dell'University of Illinois ha illustrato un particolare progetto relativo ad una "batteria quantistica digitale" che, qualora le idee su carta dovessero concretizzarsi e trovare conferma empirica, permetterebbe di far compiere un drastico passo avanti nelle capacità di stoccaggio dell'energia.

Il progetto, attualmente fermo allo stadio concettuale, prevede un array di miliardi di condensatori (si parla di "nano vacuum tubes") nanoscopici che, grazie agli effetti della meccanica quantistica, sarebbe in grado di conservare elevate quantità di energia.

I condensatori tradizionali sono costituiti da due piastre di conduttori tra i quali viene interposto una pellicola di materiale isolante. Applicando una differenza di potenziale alle due piastre si viene a creare un campo elettrico e sulla superficie delle piastre viene conservata la carica. La quantità di carica immagazzinabile dipende dalle caratteristiche del condensatore, il problema principale sta nel fatto che una volta superata la quantità massima di carica, tra i due elettrodi si innesca un arco voltaico che scarica immediatamente il condensatore.

Se tuttavia i condensatori fossero realizzati come array di dimensioni nanoscopiche, dove gli elettrodi non disterebbero tra loro più di 10 nanometri, gli effetti quantistici dovrebbero poter impedire l'innesco dell'arco voltaico. Trattandosi di un progetto concettuale il condizionale è d'obbligo, ma questo comportamento non è completamente nuovo ai ricercatori, i quali da anni riconoscono che i condensatori nanoscopici sono capaci di inusuali campi elettrici, suggerendo così che le ridotte dimensioni potessero concorrere in qualche maniera ad impedire la perdita dell'energia.

E' Alfred Huble, il fisico dell'University of Illinois che sta studiando il progetto, ad andare oltre: "Non hanno realizzato che un elevato campo elettrico vuol dire elevata densità di energia e che può essere impiegato per conservare energia che può superare di gran lunga ciò che abbiamo oggi". Secondo Hubler un dispositivo basato su questi principi sarebbe in grado di mostrare una densità di potenza (ovvero la velocità di carica/scarica del condensatore) più elevata di ordini di magnitudo rispetto a quanto possibile con le tecnolgie attuali e densità di energia da due a dieci volte superiore rispetto a quanto possibile con le migliori tecnologie esistenti per la realizzazione di batterie agli ioni di litio.

Un aspetto importante di questo progetto è che le eventuali batterie quantistiche potrebbero essere prodotte utilizzando le attuali tecnologie di litografia impiegate per la produzione di chip, mettendo mano a materiali economici ed atossici come ferro e tungsteno, da depositare al di sopra di un substrato di silicio. Huble ha dichiarato che potrebbe essere possibile realizzare un prototipo per test nel giro di un anno.

Sul progetto concettuale di Huble si è espresso Joel Schindall, professore di ingegneria elettrica al MIT. Schindall, come già abbiamo avuto modo di trattare in questa news del marzo 2006, sta lavorando ad un progetto per la costruzione di supercondensatori impiegando nanotecnologie. Se vogliamo una sorta di progetto "concorrente" a quello di Huble, pur basato su principi completamente differenti.

Schindall, che si dice "cautamente intrigato" dal progetto, esprime qualche perplessità: innanzitutto non è ancora possibile sapere se i materiali nanofabbricati si danneggeranno una volta carichi di energia ed in secondo luogo bisogna capire se i presupposti cui si parte sono corretti o se vi sono altri fenomeni che non sono stati indagati e che potrebbero comunque influire nel progetto concettuale di Huble.