I ricercatori della Ohio State University hanno creato una sottile membrana plastica che può impedire alle batterie ricaricabili di scaricarsi quando non sono in uso.

La nuova membrana, chiamata ionic redox transistor, è ispirata al modo in cui le membrane delle cellule viventi trasportano le proteine nel corpo, aprendosi e chiudendosi in base alla carica elettrica delle molecole per consentire alle cellule di svolgere le loro funzioni biologiche.

Per creare la loro membrana i ricercatori hanno combinato un polimero elettricamente conduttivo a un filtro in policarbonato usato per il test di aria e acqua. Controllando il modo in cui crescono le catene conduttive del polimero sulla superfice in policarbonato i ricercatori hanno scoperto che possono controllare la densità delle aperture nella membrana.

Quando la batteria è in carica o scarica, il polimero conduttivo si restringe per aprire i fori. Quando la batteria non è in uso, il polimero si gonfia e chiude i fori. Nei test di laboratorio la membrana è stata in grado di controllare la carica e scarica di batterie agli ioni di litio, sodio e potassio.

I ricercatori hanno connesso le batterie a un LED e programmato i fori per aprirsi e chiudersi secondo schemi precisi. La membrana ha permesso alle batterie di funzionare normalmente, ma la perdita di carica si è ridotta a zero con le batterie non in uso.

Le batterie agli ioni di litio sono già dotate di membrane separatrici che conducono carica e separano fisicamente l'anodo e il catodo ma anche quelle progettate meglio perdono carica nel tempo. Questo avviene perché la membrana non può completamente impedire alla carica di fuoriuscire tra anodo e catodo. Le reazioni chimiche interne sono dette auto scarica.

Nello scenario migliore l'auto scarica converte lentamente parte dell'energia interna della batteria in calore, in quello peggiore la fuoriuscita causa un surriscaldamento della batteria e persino l'incendio. Il fenomeno è chiamato instabilità termica e ci sono alcuni modi per arrestarlo fin dal principio, ma i ricercatori credono che la loro membrana sia più efficace per arrestare il trasporto di carica e impedire il verificarsi dell'instabilità termica.

L'università ha intenzione di concedere in licenza la tecnologia all'industria per favorirne un ulteriore sviluppo, ma allo stesso tempo sta usando la membrana per sviluppare un nuovo tipo di batteria nella quale l'energia è immagazzinata in un elettrolita liquido – che le persone possono ricaricare/svuotare e riempire, idealmente come se riempissero una tanica di benzina.

L'obiettivo è combinare la membrana con una "redox flow battery" – in cui per generare energia l'elettrolita è pompato dall'anodo al catodo – e creare una cosiddetta "redox transistor battery".

I ricercatori ritengono di poter creare batterie capaci di garantire decine di miglia di autonomia per minuto di ricarica. "Siamo ancora a un ordine di grandezza di distanza dalla misura equivalente legata alla benzina, ma è un punto di partenza", ha spiegato Vishnu-Baba Sundaresan, assistente professore e primo autore dello studio.

Secondo gli studiosi, i principali produttori di auto elettriche si stanno scontrando con un limite prestazionale: meno di mezzo miglio di guida per minuto di ricarica. Detta in altro modo, si parla di circa 200 miglia di viaggio per 8 ore di ricarica, mentre le auto tradizionali possono coprire la stessa distanza con un solo minuto di rifornimento alla pompa.

"Per gli spostamenti di tutti i giorni, l'elettrolita può essere semplicemente rigenerato inserendo la spina in una presa di corrente durante la notte o mentre l'auto è parcheggiata nel garage. Per i lunghi viaggi in automobile, si potrebbe svuotare l'elettrolita usato e ricaricare la batteria per ottenere l'autonomia di guida a cui siamo abituati con motori a combustione interna", ha aggiunto Sundaresan.