Batteria quantistica CSIRO: il segreto per ricaricare in un solo secondo

Ignorando questo salto tecnologico, Lei rischia di farsi cogliere impreparato quando i dispositivi di domani renderanno le attuali batterie dei semplici pezzi da museo.

È un piovoso martedì mattina in una stazione di servizio fuori Milano, e un automobilista — chiamiamolo Marco — fissa con rassegnazione il display di una colonnina da 50 kW. Il livello di carica della sua vettura impiega interi minuti per salire dal quaranta al quarantuno percento. L’abitacolo è freddo, il caffè di carta tra le sue mani è ormai tiepido e il tempo scorre inesorabilmente. È una scena quotidiana, un rito di pazienza a cui siamo tutti rassegnati, convinti che l’accumulo di energia richieda obbligatoriamente un’attesa frustrante. Eppure, a diecimila chilometri di distanza, un gruppo di fisici ha appena dimostrato che l’intera concezione del tempo di ricarica si fonda su un presupposto scientifico ormai superato.

Come i ricercatori australiani hanno stravolto la fisica classica

I ricercatori dell’agenzia governativa australiana CSIRO, lavorando fianco a fianco con l’Università di Melbourne e il polo accademico RMIT, hanno messo a punto un dispositivo che sfida il senso comune. Non si tratta di un semplice affinamento delle attuali celle agli ioni di litio, ma di un netto cambio di paradigma nella gestione dell’energia. Le batterie tradizionali che alimentano i nostri telefoni o le nostre automobili dipendono da reazioni chimiche lente e lineari: gli ioni devono fisicamente viaggiare da un anodo a un catodo attraverso un elettrolita.

Il nuovo sistema abbandona completamente la chimica per abbracciare le bizzarre leggi della meccanica quantistica. Il prototipo sviluppato non assorbe elettricità tramite un cavo di rame, ma incamera direttamente l’energia della luce. All’esterno, il dispositivo appare come un minuscolo e banale circuito stampato su un tavolo da laboratorio, ma all’interno le particelle si comportano secondo regole che sfuggono all’esperienza quotidiana.

Il gruppo di studiosi ha pubblicato i risultati su una prestigiosa rivista scientifica focalizzata sulla fotonica, documentando un evento che dura una frazione infinitesimale di tempo. L’intero sistema non si riempie a gocce, ma cattura un imponente flusso di energia luminoso in un unico atto istantaneo.

Mentre una normale batteria al litio incamera corrente come un secchio sotto una pioggia leggera, il sistema quantistico inghiotte un intero lago in un millisecondo.

Il risultato, dal punto di vista pratico, è disarmante: un dispositivo in grado di passare dallo zero al cento percento di carica in un lasso di tempo inferiore a quello necessario per battere le palpebre.

Il paradosso della superassorbenza: la batteria più grande si riempie prima

Diciamoci la verità, l’idea che un serbatoio enorme si riempia più velocemente di uno minuscolo contraddice ogni nostra intuizione. Se Lei deve riempire una bottiglia d’acqua da un litro impiegherà dieci secondi, per una tanica da venti litri serviranno vari minuti. Nella fisica classica e nella chimica delle batterie attuali, il principio è identico: più materiale attivo c’è in una cella, più tempo serve per caricarla senza surriscaldarla.

Nei sistemi quantistici, la dinamica si inverte. Il fenomeno alla base di questa inversione prende il nome di superassorbenza. Per comprenderlo, i fisici dell’Università di Melbourne suggeriscono un parallelo molto vivido. Immagini una piazza gremita di cento persone sotto un improvviso temporale. Nella fisica classica, ognuno apre il proprio ombrello in momenti diversi, con movimenti caotici e slegati, impiegando minuti prima che l’intera folla sia riparata.

Nella superassorbenza, le particelle del materiale sono quantisticamente intrecciate. Si comportano come un singolo organismo. Le cento persone in piazza aprono l’ombrello nell’esatto medesimo istante, compiendo un atto perfettamente sincronizzato che moltiplica l’efficacia del gesto.

Misure ai confini del tempo

Per misurare questo effetto, i laboratori chimici dell’Università di Melbourne hanno dovuto impiegare impulsi laser ultracorti. I sensori hanno registrato variazioni nell’ordine dei femtosecondi. Per avere un’idea concreta: un femtosecondo sta a un secondo come un secondo sta a circa trentadue milioni di anni. A queste velocità, i ricercatori hanno confermato matematicamente la teoria.

Più particelle intrecciate si aggiungono al sistema, più il processo di cattura della luce accelera. Questo significa che, su scala teorica, il massiccio accumulatore di un veicolo commerciale del peso di 400 chilogrammi potrebbe incamerare energia molto più rapidamente rispetto alla minuscola batteria da pochi grammi del Suo orologio da polso.

L’energia trasportata dalla luce, senza l’ombra di un cavo

Oltre alla velocità estrema, il prototipo australiano introduce un elemento altrettanto dirompente: la totale assenza di connettori fisici. Il dispositivo non possiede porte USB, non richiede cavi in rame e non si affida all’induzione magnetica che oggi chiamiamo impropriamente “ricarica wireless” e che obbliga ad appoggiare il telefono su una piastra plastica.

L’energia arriva a destinazione sotto forma di un fascio di luce focalizzato, generato da un laser. Inventato nel 1964, il laser ha trovato applicazioni in ogni campo umano, dalla chirurgia alla lettura dei vecchi CD, ma solo ora emerge il suo potenziale come mezzo di trasporto per cariche elettriche di massa.

Il responsabile principale della ricerca parla apertamente di futuri scenari domestici e lavorativi dove i nostri apparecchi si alimenteranno da soli. Basterà entrare in una stanza dotata di un trasmettitore ottico a soffitto. Non appena il Suo Samsung Galaxy o i Suoi auricolari AirPods intersecheranno la luce invisibile del trasmettitore, si riempiranno di energia sul momento.

L’ansia di cercare una presa di corrente disponibile in aeroporto o in stazione diventerà rapidamente un ricordo del passato.

Lo stesso principio si applicherebbe all’industria automobilistica. Un’auto parcheggiata in garage verrebbe inondata da un fascio luminoso di appropriata lunghezza d’onda, assorbendo il necessario per percorrere centinaia di chilometri senza alcun intervento manuale.

Il confine netto tra il banco di prova e il mercato reale

Tuttavia, bisogna mantenere i piedi per terra. Quello testato dal CSIRO è un prototipo di laboratorio estremamente precoce, ben lontano da una batteria commerciale pronta per essere inserita in un computer Lenovo o in un telefono Xiaomi. Un aspetto molto positivo è che l’esperimento si è svolto a temperatura ambiente, superando uno dei grandi scogli storici delle tecnologie quantistiche, che spesso richiedono temperature vicine allo zero assoluto, ovvero -273 gradi Celsius.

Il vero nodo critico, attualmente, è la ritenzione. Il materiale quantistico è eccellente nell’assorbire l’energia in un battito di ciglia, ma è pessimo nel trattenerla. Dopo un breve lasso di tempo, la carica si disperde. I ricercatori australiani hanno tracciato un percorso tecnico serrato che deve essere completato prima di poter parlare di produzione industriale. I passaggi obbligati sono chiari e non ammettono scorciatoie:

• Aumento drastico della densità energetica complessiva del materiale sperimentale.
• Stabilizzazione chimica per impedire che la carica evapori nel giro di poche ore.
• Sostituzione dei complessi elementi di laboratorio con materie prime adatte alla produzione di massa a costi contenuti.
• Sviluppo di protocolli di sicurezza per schermare esseri umani e animali dai fasci ottici ad alta potenza necessari per la ricarica.
• Test fisici sui cicli di vita per garantire che il materiale non si degradi dopo mille o duemila ricariche improvvise.

Non esiste ancora una data di lancio sul mercato. Nessun comunicato stampa promette l’arrivo della batteria quantistica per il prossimo Natale. Eppure, a differenza delle innumerevoli presentazioni commerciali create da startup in cerca di facili investimenti, qui abbiamo a che fare con misurazioni reali, istituzioni accademiche di primo livello e pubblicazioni soggette a severa revisione paritaria.

Cosa succederà quando la tecnologia uscirà dai laboratori?

Se il team di Melbourne e i loro colleghi riusciranno a risolvere l’ostacolo della dispersione, l’impatto sull’economia globale andrà ben oltre il mercato dell’elettronica di consumo. I colossi del settore automobilistico, da Volkswagen a Hyundai, potrebbero riprogettare le vetture partendo da zero, eliminando la necessità delle enormi e pesantissime piattaforme al litio attuali.

Le stazioni di servizio autostradali smetterebbero di essere parcheggi a lunga sosta. Una sosta per il caffè sarebbe perfino troppo lunga: il tempo di ricarica diventerebbe inferiore a quello necessario per fare un pieno di benzina. Allo stesso tempo, i produttori asiatici di accumulatori come LG Chem e CATL sarebbero costretti ad adattare le loro stazioni produttive a questo nuovo standard ottico.

L’intera infrastruttura delle energie rinnovabili farebbe il salto definitivo verso l’efficienza totale.

Pensi alle grandi centrali solari. Oggi, uno dei problemi maggiori è immagazzinare l’enorme picco di energia prodotto a mezzogiorno per poterlo rilasciare durante la notte. I sistemi di accumulo quantistico permetterebbero di stoccare variazioni improvvise della rete elettrica senza le strozzature termiche delle celle odierne. Grandi parchi server di aziende come Google o Amazon potrebbero sostituire i rumorosi generatori diesel di emergenza con blocchi quantistici capaci di assorbire e restituire cariche colossali all’istante.

Il tramonto lento ma inevitabile delle vecchie abitudini

La batteria nata in Australia è una gemma grezza della fisica contemporanea. Per ora, le nostre vite non cambiano. Lei dovrà ancora mettere il telefono in carica prima di addormentarsi e pianificare con cura le soste durante i lunghi viaggi in autostrada, calcolando i chilometri che la separano dalla prossima colonnina funzionante.

Tuttavia, i fondamenti fisici che regolano la nostra tecnologia stanno scricchiolando. L’effetto di superassorbenza ha smesso di essere una speculazione sulla lavagna di un teorico ed è diventato un fenomeno misurabile, confinato in una stanza buia della città di Melbourne. Tra un decennio, i cavi intrecciati e le lamentele per i lunghi tempi di attesa davanti ai display luminosi potrebbero apparirci antiquati quanto il gesto di caricare un orologio a molla o di cercare una cabina telefonica a gettoni lungo il marciapiede.

La prossima volta che premerà con forza un connettore metallico nella presa del Suo telefono, provi a immaginare come sarà il giorno in cui basterà semplicemente esistere all’interno di una stanza luminosa per non restare mai più a corto di energia.