Smartwatch Auto-Ricaricabili: la Svolta dalle Batterie Termoelettriche Ioniche

Un team di ricerca sudcoreano dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan ha sviluppato un materiale termoelettrico ionico rivoluzionario che sfrutta il calore del corpo umano per generare elettricità. Questa innovazione, che segna un record di efficienza, promette di aprire la strada a una nuova generazione di dispositivi indossabili, come smartwatch e sensori, in grado di auto-ricaricarsi senza bisogno di una batteria tradizionale, sfruttando il semplice differenziale termico tra la pelle e l’aria ambiente.

La tecnologia, guidata dal professor Jang Sung-yeon, si basa su una pellicola sottile e flessibile che converte in energia anche minime differenze di temperatura. Il gruppo di ricerca è riuscito a infrangere ogni precedente record della cosiddetta cifra di merito termoelettrica, un parametro chiave che misura l’efficienza di questi materiali. Il valore ZTi, questo il suo acronimo, ha registrato un incremento prestazionale del 70% rispetto alle soluzioni precedenti, un balzo in avanti significativo per l’intero settore.

Come Funziona la Generazione di Energia dal Calore Corporeo

Il principio di base sfruttato dai ricercatori dell’Istituto Nazionale di Scienza e Tecnologia di Ulsan è noto come effetto termoelettrico. In sostanza, il materiale creato è in grado di generare una tensione elettrica quando i suoi due lati sono esposti a temperature diverse. Nel caso pratico di uno smartwatch, un lato della pellicola è a contatto con il polso, caldo, mentre l’altro è esposto all’aria ambiente, più fresca. Questa differenza, anche di soli pochi gradi, è sufficiente per produrre energia.

Il vero progresso sta nell’aver risolto una sfida ingegneristica che ha impegnato i ricercatori per anni: il bilanciamento degli ioni. All’interno di questi materiali, gli ioni positivi e negativi devono muoversi per creare corrente, ma un eccesso di uno dei due tipi causava instabilità e limitava drasticamente le prestazioni. Il team del professor Jang ha identificato la combinazione ottimale di ioni, massimizzando al contempo la densità del materiale. Questo approccio progettuale ha permesso non solo di raggiungere un’efficienza record, ma anche di garantire una stabilità di funzionamento nel lungo periodo.

Prestazioni Record e Stabilità nel Tempo

I test di laboratorio hanno dato risultati straordinari. Disponendo in serie più strati del materiale termoelettrico ionico, i ricercatori sono riusciti a generare una corrente di 1,03 Volt per ogni grado centigrado di differenza di temperatura. Per mettere alla prova il sistema, hanno utilizzato un differenziale di appena 1,5 gradi per alimentare con successo una lampadina a LED, dimostrando la fattibilità pratica della tecnologia.

Altro aspetto cruciale per un’applicazione commerciale è la durata. Il modulo ha mantenuto costantemente il 95% delle sue prestazioni iniziali per un periodo di osservazione di due mesi, specialmente quando impiegato in ambienti interni. Questo livello di affidabilità è un indicatore fondamentale per un futuro utilizzo in prodotti di consumo, che devono funzionare in modo continuativo senza un degrado significativo delle prestazioni.

La testata scientifica DongA Science ha sottolineato l’importanza di un alto valore ZTi, poiché è direttamente proporzionale all’efficienza nella generazione di elettricità da piccoli gradienti termici. In un contesto reale, dove la differenza tra la temperatura cutanea e l’aria è limitata, massimizzare questo parametro è essenziale per ottenere una potenza utilizzabile.

Il Futuro dei Dispositivi Indossabili e Oltre

Le implicazioni di questa scoperta sono vastissime. Il professor Jang ha dichiarato che il materiale, essendo sottile e flessibile, può essere facilmente applicato sul corpo umano o su superfici curve. La prima e più immediata applicazione è nel campo degli smartwatch auto-ricaricabili, che potrebbero dire addio al fastidioso cavetto di ricarica. Ma le potenzialità non si fermano qui.

Si potranno sviluppare sensori autoalimentati per il monitoraggio della salute, in grado di funzionare indefinitamente sfruttando solo il calore corporeo. In ambito industriale, questi sensori potrebbero essere impiegati in ambienti con differenze di temperatura più ampie, da pochi a diverse decine di gradi, per il controllo di macchinari o infrastrutture, senza necessità di sostituire batterie o effettuare manutenzioni frequenti.

Attualmente, la durata della batteria rimane uno dei principali freni all’adozione massiccia degli smartwatch. Anche i modelli più avanzati richiedono una ricarica ogni pochi giorni, un limite che questa tecnologia promette di superare. Sebbene esistano già orologi con celle solari integrate, la batteria termoelettrica ionica rappresenta una fonte di energia più costante e indipendente dalle condizioni di illuminazione.

Il percorso verso la commercializzazione richiederà ancora del tempo, ma la pubblicazione del documento di ricerca segna un punto di riferimento importante per la comunità scientifica e per l’industria tecnologica. La promessa di dispositivi veramente autonomi, che traggono energia dal loro stesso utilizzo, è oggi un passo più concreta.