Dalla Corea del Sud la batteria a Energia Nucleare da radiocarbonio

I ricercatori del Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology della Corea del Sud, guidati da Su-Il In, hanno sviluppato una nuova batteria che utilizza il radiocarbonio come possibile alternativa alle tradizionali batterie agli ioni di litio.

Su-Il In ha fornito i dettagli della batteria betavoltaica alla riunione di primavera 2025 dell’American Chemical Society. Il termine “Betavoltaico” è legato alla capacità di trasformare le radiazioni Beta in elettricità. Le tradizionali batterie agli ioni di litio sono ampiamente utilizzate in una miriade di dispositivi, dagli smartphone ai veicoli elettrici. Tuttavia, esse presentano problemi intrinseci, tra cui una durata limitata e problemi ambientali legati all’estrazione del litio e allo smaltimento della batteria.

I ricercatori stanno ora guardando oltre queste soluzioni energetiche, verso l’uso di materiali radioattivi che possono sfruttare l’energia per periodi prolungati senza bisogno di ricarica. La premessa di base prevede l’uso sicuro di celle betavoltaiche, una tecnologia che converte le radiazioni emesse dagli isotopi in energia elettrica.

Per sviluppare il prototipo, i ricercatori hanno scelto il carbonio-14, che emette particelle beta che rappresentano un rischio minimo per la salute umana se opportunamente schermate. La pelle scherma da questo tipo di radiazione, per cui è relativamente poco rischiosa.

L’uso del carbonio-14 non solo aumenta la sicurezza ma riduce anche i costi, poiché è un sottoprodotto dei reattori nucleari e può essere riciclato. Ciò lo rende un’opzione interessante per creare fonti di energia affidabili che potrebbero funzionare per decenni o più, presentando varie possibilità per la tecnologia di tutti i giorni.

La batteria a radiocarbonio

Su-Il In ha descritto come la batteria impieghi un design unico che colloca il radiocarbonio sia all’anodo che al catodo, aumentando di fatto l’efficienza di conversione dell’energia dallo 0,48% al promettente 2,86%. Questa doppia collocazione consente alla batteria di sfruttare al massimo le radiazioni beta, ottimizzando le prestazioni degli elettroni iniettati nello strato semiconduttore, con conseguente generazione di elettricità più efficace.

Il prototipo di batteria presenta tecnologie avanzate di semiconduttori che potenziano la conversione dell’energia, utilizzando il biossido di titanio (comunemente usato nelle celle solari) combinato con un colorante a base di rutenio.

Questa combinazione permette agli elettroni emessi dalle radiazioni di interagire efficacemente con il semiconduttore, creando una reazione a catena di trasferimento di elettroni nota come “valanga di elettroni”. Ciò amplifica la corrente prodotta, essenziale per il corretto funzionamento della batteria nucleare.

La scelta di utilizzare una sorgente di radiocarbonio che emette solo raggi beta garantisce la sicurezza del funzionamento della batteria anche in applicazioni di consumo su piccola scala. Potrebbe essere utilizzata in dispositivi che tradizionalmente si basano su batterie agli ioni di litio, come dispositivi medici impiantabili e sensori remoti.

Oltre a migliorare le prestazioni delle batterie, il nuovo prototipo potrebbe avere un impatto ambientale positivo, visto il crescente ricorso alle batterie ricaricabili. L’estrazione del litio è dannosa dal punto di vista ecologico e solleva interrogativi sulla sua sostenibilità, in considerazione dell’aumento della domanda globale. Il passaggio a una batteria a energia nucleare potrebbe risolvere questi problemi.

I vantaggi operativi a lungo termine delle batterie nucleari, come quelle che potrebbero durare tutta la vita in dispositivi medici come i pacemaker, potrebbero eliminare la necessità di sostituire le batterie riducendo i rischi per la salute associati alle procedure chirurgiche e affrontando i potenziali problemi di gestione dei rifiuti associati alle batterie esauste. Dato che il tempo di dimezzamento del Carbonio 14 è di 5700 anni possiamo dire che la durata è buona.

Tempo di decadimento del Carbonio

Anche la Cina sta andando nella stessa direzione con Zhalong, la batteria al carbonio che,, in teoria, dovrebbe avere una durata centennale e ch si basa sull’isotopo radioattivo Carbonio 14.

Sebbene gli attuali tassi di efficienza di questi nuovi progetti betavoltaici non superino ancora quelli delle tradizionali batterie agli ioni di litio, i ricercatori ritengono di essere alla vigilia di una svolta che potrebbe migliorare significativamente la loro produzione di energia. Gli sforzi futuri si concentreranno sull’ottimizzazione della configurazione fisica delle emissioni di raggi beta e sul miglioramento dell’efficienza di assorbimento dell’energia agli elettrodi del dispositivo.

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