Un istituto di ricerca coreano ci racconta di una scoperta rivoluzionaria sulla batteria nucleare. Promette di trasformare il nostro modo di concepire la durata e l’efficienza delle batterie ricaricabili.
Nel nostro mondo, sempre più dominato dalla tecnologia portatile, la durata e l’efficienza delle batterie rappresentano una questione cruciale. Dai dispositivi mobili ai veicoli elettrici, le batterie agli ioni di litio (Li-ion) sono diventate indispensabili, ma non senza sfide.
La necessità di ricariche frequenti, il progressivo deterioramento delle prestazioni e gli impatti ambientali legati all’estrazione del litio i principali problemi. Oltre poi allo smaltimento delle batterie esauste. Tutto questo sta alimentando la ricerca di soluzioni innovative e sostenibili.
Una delle innovazioni più promettenti in questo settore è una batteria nucleare compatta e sicura, alimentata dal radiocarbonio e progettata per funzionare potenzialmente per decenni senza bisogno di ricarica.
Questa innovativa tecnologia è stata introdotta dal professor Su-Il In del DGIST (Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology) durante il meeting primaverile dell’American Chemical Society (ACS) del 2025. Il tutto si fonda sul rivoluzionario principio della cella betavoltaica.
Le batterie nucleari producono energia utilizzando le particelle ad alta energia emesse da materiali radioattivi. In particolare, in questo caso, si avvalgono del carbonio-14 (radiocarbonio). Si tratta di un isotopo instabile del carbonio che emette esclusivamente particelle beta, note anche come raggi beta.
Una delle principali caratteristiche di queste particelle è la possibilità di essere schermate con un semplice strato di alluminio, garantendo così un elevato livello di sicurezza nell’impiego nei dispositivi di uso comune.
Il radiocarbonio è generato come sottoprodotto dell’utilizzo del materiale fissile nelle centrali nucleari. Si distingue per la sua convenienza economica, la facile disponibilità e la possibilità di essere riciclato. Grazie alla sua lenta degradazione, una batteria alimentata a radiocarbonio potrebbe garantire una longevità potenzialmente millenaria.
Come funziona il prototipo sviluppato?
Il prototipo sviluppato dai ricercatori è una cella betavoltaica sensibilizzata da coloranti (dye-sensitized), dove il radiocarbonio è presente sia nel catodo che nell’anodo.
In una batteria betavoltaica, gli elettroni emessi dal materiale radioattivo interagiscono con un semiconduttore, generando energia elettrica. Per aumentare significativamente l’efficienza della conversione energetica, il team di ricerca ha adottato un semiconduttore basato su biossido di titanio. Questo materiale, ampiamente utilizzato nelle celle solari, è stato ottimizzato mediante sensibilizzazione con un colorante a base di rutenio e trattato con acido citrico, che migliora l’adesione tra il biossido di titanio e il colorante, ottimizzando le prestazioni complessive.
Quando i raggi beta emessi dal radiocarbonio interagiscono con il colorante a base di rutenio modificato, si attiva una cascata di reazioni di trasferimento elettronico, nota come “valanga di elettroni”.
La valanga si diffonde attraverso il colorante, mentre il biossido di titanio cattura con una determinata efficienza gli elettroni generati. L’integrazione del radiocarbonio sia nell’anodo che nel catodo incrementa la produzione di raggi beta e minimizza la dispersione energetica causata dalla distanza tra le due strutture. I test hanno mostrato un notevole miglioramento nell’efficienza di conversione energetica, raggiungendo il 2,86%, rispetto al design precedente con radiocarbonio limitato al catodo, che si attestava allo 0,48%.
Certamente risultati interessanti ma è fondamentale sottolineare che il design attuale riesce a trasformare solo una minima parte del decadimento radioattivo in energia elettrica, offrendo una potenza significativamente inferiore rispetto alle comuni batterie agli ioni di litio.
Il prototipo presenta una densità di potenza di 20,75 nanowatt per centimetro quadrato per millicurie, insufficiente per alimentare dispositivi semplici come, ad esempio, una calcolatrice.
La potenza prodotta risulta ideale per applicazioni a bassissimo consumo energetico in ambito medicale o di monitoraggio da remoto di luoghi critici.
Vi racconterò le evoluzioni sul tema che certamente arriveranno anche da altri laboratori di ricerca.
Il mio approfondimento su DDay.it
