In un mondo in cui il consumo di energia è in aumento, la nostra unica speranza è lo sviluppo di nuove tecnologie per la generazione di energia. Sebbene le fonti di energia rinnovabile attualmente utilizzate come l'energia eolica e solare abbiano i loro meriti, c'è un gigantesco, permanente, e fonte di energia non sfruttata letteralmente sotto il nostro naso:l'energia geotermica.

La generazione di elettricità dall'energia geotermica richiede dispositivi che possano in qualche modo sfruttare il calore all'interno della crosta terrestre. Recentemente, un team di scienziati della Tokyo Tech, guidato dalla Dott.ssa Sachiko Matsushita, hanno compiuto grandi progressi nella comprensione e nello sviluppo di celle termiche sensibilizzate (STC), un tipo di batteria in grado di generare energia elettrica a 100 gradi C o meno.

Esistono diversi metodi per convertire il calore in energia elettrica, però, la loro applicazione su larga scala non è fattibile. Per esempio, batterie redox caldo e freddo e dispositivi basati sull'effetto Seebeck non è possibile semplicemente seppellirli all'interno di una fonte di calore e sfruttarli.

Il team del Dr. Matsushita ha precedentemente segnalato l'uso di STC come un nuovo metodo per convertire il calore direttamente in energia elettrica utilizzando celle solari sensibilizzate con coloranti. Hanno anche sostituito il colorante con un semiconduttore per consentire al sistema di funzionare utilizzando il calore anziché la luce. La figura 1 rappresenta in modo illustrativo l'STC, una batteria costituita da tre strati inseriti tra gli elettrodi:uno strato di trasporto di elettroni (ETM), uno strato semiconduttore (germanio), e uno strato di elettrolita solido (ioni di rame). In breve, gli elettroni passano da uno stato a bassa energia a uno stato ad alta energia nel semiconduttore eccitandosi termicamente e quindi vengono trasferiti naturalmente all'ETM. Dopo, escono attraverso l'elettrodo, passare attraverso un circuito esterno, passare attraverso il controelettrodo, e poi raggiungere l'elettrolita. Le reazioni di ossidazione e riduzione che coinvolgono ioni rame avvengono su entrambe le interfacce dell'elettrolita, con conseguente trasferimento di elettroni a bassa energia allo strato semiconduttore in modo che il processo possa ricominciare, completando così un circuito elettrico.

Però, non era chiaro a quel tempo se una tale batteria potesse essere utilizzata come motore perpetuo o se la corrente si sarebbe fermata ad un certo punto. Dopo il test, il team ha osservato che l'elettricità ha effettivamente smesso di fluire dopo un certo tempo e ha proposto un meccanismo per spiegare questo fenomeno. Fondamentalmente, la corrente si interrompe perché le reazioni redox allo strato elettrolitico si arrestano a causa della rilocazione dei diversi tipi di ioni rame. Più importante, e anche sorprendentemente, hanno scoperto che la batteria stessa può ripristinare questa situazione in presenza di calore semplicemente aprendo per qualche tempo il circuito esterno; in altre parole, utilizzando un semplice interruttore. "Con un tale disegno, calore, generalmente considerata energia di bassa qualità, diventerebbe una grande fonte di energia rinnovabile, " afferma Matsushita.

Il team è molto entusiasta della loro scoperta a causa della sua applicabilità, eco-compatibilità, e potenziale per aiutare a risolvere la crisi energetica globale. "Non c'è paura delle radiazioni, nessuna paura del petrolio costoso, nessuna instabilità della generazione di energia come quando ci si affida al sole o al vento, " rimarca Matsushita. Ulteriori perfezionamenti a questo tipo di batteria saranno l'obiettivo di future ricerche, con la speranza di risolvere un giorno i bisogni energetici dell'umanità senza danneggiare il nostro pianeta.