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Una cella solare produce energia sott'acqua: i robot saranno più autonomi?
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato una cella solare in perovskite capace di produrre elettricità sott’acqua e ha sperimentato un piccolo pannello in mare, utilizzandolo per ricaricare batterie. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Joule, descrive un trattamento che migliora la resistenza del materiale all’umidità e apre alla possibilità di alimentare sensori e veicoli subacquei attraverso la luce che penetra negli strati superficiali del mare.
Le perovskiti permettono di modificare le lunghezze d’onda assorbite intervenendo sulla loro composizione chimica. Questa proprietà offre un vantaggio sott’acqua, dove lo spettro luminoso cambia: l’acqua attenua rapidamente parte della radiazione sfruttata dalle celle al silicio, mentre una perovskite opportunamente formulata può utilizzare la luce ancora disponibile. Secondo i ricercatori, anche l’illuminazione più debole e le temperature inferiori dell’ambiente sommerso potrebbero favorire la durata delle celle.
Il principale ostacolo era la sensibilità del materiale all’umidità. Il gruppo ha impiegato un additivo, il polyhexamethylene guanidine hydrochloride, che forma uno strato idrorepellente e interagisce con il reticolo cristallino della perovskite. Il composto favorisce la formazione di cristalli più grandi e ostacola il movimento degli ioni nella struttura, limitando alcuni meccanismi di degradazione e migliorando anche la produzione di elettricità.
Nei test con luce filtrata per riprodurre quella presente a circa 10 metri di profondità nell’oceano, le celle hanno convertito in elettricità circa il 35% dell’energia luminosa ricevuta. Il valore descrive l’efficienza nelle specifiche condizioni dello spettro subacqueo simulato; l’energia effettivamente disponibile dipende anche dalla quantità di luce che raggiunge il pannello.
Per le prove di durata, i ricercatori hanno racchiuso la perovskite fra strati protettivi e immerso il pannello in acqua marina, mantenendo l’illuminazione filtrata. Dopo circa 40 giorni conservava il 99,6% dell’efficienza iniziale. Da questi dati il gruppo ha estrapolato una durata di circa 5,5 anni prima della discesa all’80% delle prestazioni originarie, soglia comunemente usata per definire la vita utile di una cella solare.
La sperimentazione nel Mar Cinese Meridionale ha poi portato il pannello su un piccolo veicolo capace di mantenere posizione e profondità. Il sistema ha ricaricato batterie a bottone durante sessioni di circa due ore ciascuna a 2, 6 e 10 metri, verificando così la produzione elettrica anche nell’ambiente marino reale.
A 2 metri la potenza oscillava sensibilmente per l’interazione della luce solare con le onde superficiali; più in basso, la maggiore diffusione rendeva l’illuminazione più uniforme, ma anche più debole. A 10 metri il pannello produceva poco meno di un quarto dell’energia ottenuta a 2 metri. I ricercatori prospettano applicazioni per robot subacquei e reti di sensori sommersi, con un limite fisico preciso: scendendo molto più in profondità, la luce disponibile diventa insufficiente per alimentare il sistema.
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