All'interno dei moderni telefoni cellulari ci sono miliardi di interruttori su nanoscala che si accendono e si spengono, permettendo al telefono di funzionare. Questi interruttori, chiamati transistor, sono controllati da un segnale elettrico che viene fornito tramite una singola batteria. Questa configurazione di una batteria per alimentare più componenti funziona bene per le tecnologie odierne, ma ci sono margini di miglioramento. Ogni volta che viene inviato un segnale dalla batteria a un componente, un po' di energia si perde durante il viaggio. Accoppiare ogni componente con la propria batteria sarebbe una configurazione molto migliore, riducendo al minimo la perdita di energia e massimizzando la durata della batteria. Però, nell'attuale mondo tecnologico, le batterie non sono abbastanza piccole da consentire questa disposizione, almeno non ancora.

Ora, Il MIT Lincoln Laboratory e il Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali del MIT hanno compiuto progressi nello sviluppo di batterie all'idrogeno su scala nanometrica che utilizzano la tecnologia di scissione dell'acqua. Con queste batterie, i ricercatori mirano a fornire una ricarica più rapida, vita più lunga, e meno energia sprecata. Inoltre, le batterie sono relativamente facili da fabbricare a temperatura ambiente e si adattano fisicamente alle esigenze strutturali uniche.

"Le batterie sono uno dei maggiori problemi che stiamo incontrando al Laboratorio, "dice Raoul Ouedraogo, che proviene dall'Advanced Sensors and Techniques Group del Lincoln Laboratory ed è il principale investigatore del progetto. "C'è un notevole interesse per i sensori altamente miniaturizzati che arrivano fino alle dimensioni di un capello umano. Potremmo realizzare questi tipi di sensori, ma buona fortuna a trovare una batteria così piccola. Le batterie attuali possono essere rotonde come le pile a bottone, a forma di tubo, o sottile ma in scala centimetrica. Se abbiamo la capacità di posare le nostre batterie in qualsiasi forma o geometria e in modo economico, apre le porte a un sacco di applicazioni."

La batteria si carica interagendo con le molecole d'acqua presenti nell'aria circostante. Quando una molecola d'acqua entra in contatto con il reattivo, sezione metallica esterna della batteria, è suddiviso nelle sue parti costituenti:una molecola di ossigeno e due di idrogeno. Le molecole di idrogeno rimangono intrappolate all'interno della batteria e possono essere conservate finché non sono pronte per essere utilizzate. In questo stato, la batteria è "carica". Per rilasciare la carica, la reazione si inverte. Le molecole di idrogeno tornano indietro attraverso la sezione metallica reattiva della batteria e si combinano con l'ossigeno nell'aria circostante.

Finora, i ricercatori hanno costruito batterie spesse 50 nanometri, più sottili di una ciocca di capelli umani. Hanno anche dimostrato che l'area delle batterie può essere ridimensionata da centimetri a nanometri. Questa capacità di ridimensionamento consente alle batterie di essere facilmente integrate vicino ai transistor a livello nano e micro, o vicino a componenti e sensori a livello millimetrico e centimetrico.

"Una caratteristica utile di questa tecnologia è che gli strati di ossido e metallo possono essere modellati molto facilmente in geometrie personalizzate su scala nanometrica, rendendo semplice la creazione di modelli complessi di batterie per una particolare applicazione o il loro deposito su substrati flessibili, "dice Annie Weathers, un membro dello staff del Laboratorio Chimico, microsistema, e Nanoscale Technologies Group, che è anche coinvolto nel progetto.

Le batterie hanno anche dimostrato una densità di potenza di due ordini di grandezza maggiore rispetto alla maggior parte delle batterie attualmente utilizzate. Una densità di potenza più elevata significa una maggiore potenza in uscita per il volume della batteria.

"Quello che penso abbia fatto funzionare questo progetto è il fatto che nessuno di noi è gente di batteria, " dice Ouedraogo. "A volte ci vuole qualcuno dall'esterno per vedere cose nuove".

Attualmente, tecniche di scissione dell'acqua sono utilizzate per generare idrogeno per esigenze industriali su larga scala. Questo progetto sarà il primo ad applicare la tecnica per la creazione di batterie, e su scale molto più piccole.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.