Sviluppare il prototipo di un nuovo dispositivo in grado di assorbire, convertire e stoccare l’energia solare in modo sostenibile e con bassi costi di produzione: è l’ambizioso obiettivo che mette insieme centri di ricerca da tutto il mondo, coordinati dall’Istituto Italiano di Tecnologia. Si chiama Light-Cap, progetto di ricerca quadriennale, e ha ricevuto un finanziamento di 3,18 milioni di euro da parte dell’Unione europea nell’ambito del programma Horizon 2020.
Le metodologie tradizionali di conversione e stoccaggio dell’energia solare si basano principalmente su pannelli solari in silicio e batterie ingombranti. Esiste inoltre un tema non trascurabile legato all’approvvigionamento dei materiali necessari alla realizzazione di questi componenti.
Con Light-Cap, i ricercatori vogliono mettere a punto una nuova struttura basata sulle nanotecnologie, in grado di combinare le due funzionalità di conversione e stoccaggio in un unico dispositivo versatile e portatile, fabbricato con materiali ecocompatibili e facilmente reperibili (come minerali presenti nella crosta terrestre) per evitare le criticità relative al loro approvvigionamento.
Una combinazione di nanoparticelle a base di carbonio (come il grafene) e composti di alcuni tipi di ossidi di metalli (indio, zinco, stagno) normalmente impiegati nelle componenti elettroniche di cellulari, display e Led: materiali con ottime capacità di accumulo delle cariche elettriche e stabilità a lungo termine (possono quindi essere caricati e scaricati molte volte prima di esaurire il proprio ciclo-vita).
Un dispositivo con queste caratteristiche rappresenterebbe una soluzione efficiente per l’assorbimento di energia solare, la sua conversione, l’immagazzinamento e il rilascio controllato sotto forma di energia elettrica, con un impatto potenziale importante soprattutto nel campo dell’elettronica mobile.
Le idee innovative del progetto sono state premiate nell’ambito del bando europeo Horizon 2020 per “Tecnologie innovative di stoccaggio e conversione dell’energia a emissioni zero per la neutralità climatica” nel contesto del programma “FET Proactive: Emerging Paradigms and Communities“.
I ricercatori stanno lavorando al design di un prototipo che potrebbe già essere pronto entro la fine dei quattro anni. Si tratterà di un dispositivo assimilabile a una batteria che si ricarica con la luce, in grado di immagazzinare energia da utilizzare successivamente per alimentare un apparecchio portatile.
Oggi, per fare questo, servono due dispositivi: una cella fotovoltaica e una batteria. Light-Cap sarà in grado di fare entrambe le cose. Il meccanismo alla base del progetto è la separazione di cariche positive e negative dopo l’irraggiamento di luce all’interfaccia tra due nanomateriali, uno composto di nanoparticelle di pochi nanometri, l’altro sottile quanto uno o pochi atomi come il grafene.
L’Ateneo avrà il compito di passare al vaglio e studiare le proprietà ottiche dei nanomateriali fabbricati, con tecniche di spettroscopia in continua e ultraveloce (fino ad una risoluzione temporale di pochi femtosecondi), tecniche in cui il Politecnico è all’avanguardia nel mondo (ne abbiamo parlato anche a proposito di TOMATTO, progetto europeo da 12 milioni di euro che vuole osservare cosa succede alle molecole negli attimi immediatamente successivi all’interazione con la luce).
Inoltre, si studieranno le interazioni fondamentali tra i diversi tipi di nanomateriali nelle interfacce liquido-liquido, liquido-solido, solido-solido. Le misure sperimentali saranno corroborate da diversi modelli teorici. Il Politecnico di Milano coordinerà inoltre il secondo Work Package del progetto, focalizzato sulla caratterizzazione ottica, la caratterizzazione optoelettronica e la caratterizzazione elettrica dei nuovi nanomateriali e delle nuove interfacce ed eterogiunzioni.
Scopri tutto sulla ricerca politecnica di frontiera e sui temi definiti dalla Commissione Europea nell’ambito del Recovery Plan. Visita il sito Next Generation EU del Politecnico di Milano.
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