L’EPFL presenta un nanodispositivo idrovoltaico capace di generare energia continua sfruttando evaporazione, calore e luce. Grazie a nanopilastri di silicio e controllo ionico avanzato, questa tecnologia supera i sistemi HV tradizionali e apre la strada a energia autonoma per sensori, IoT e dispositivi indossabili
Elettricità continua grazie all’evaporazione: il nanodevice che cambia le regole.
Nel 2024, i ricercatori del Laboratory of Nanoscience for Energy Technology (LNET) della School of Engineering dell’EPFL hanno riportato una piattaforma per studiare l’effetto idrovoltaico (HV) - un fenomeno che permette di raccogliere elettricità quando un fluido scorre sulla superficie carica di un nanodispositivo. La loro piattaforma consisteva in una rete esagonale di nanopilastri di silicio, tra i quali lo spazio creava canali per l’evaporazione dei campioni di fluido.
Ora il team LNET, guidato dalla dottoressa Giulia Tagliabue (1), ha sviluppato questa piattaforma trasformandola in un sistema idrovoltaico con una potenza in uscita che eguaglia o supera tecnologie simili - con un vantaggio significativo. Invece di affidarsi al calore e alla luce per semplicemente aumentare l’evaporazione, il sistema dell’EPFL genera corrente sfruttando calore e luce per controllare il movimento degli ioni nell’acqua salata in evaporazione e il flusso di elettroni nel nanodispositivo di silicio.
«Gli squilibri di calore e luce influenzeranno sempre un dispositivo idrovoltaico, ma abbiamo scoperto come questi possano essere sfruttati a nostro vantaggio», spiega il ricercatore LNET Tarique Anwar (2).
Con tre strati distinti dedicati all’evaporazione, al trasporto ionico e alla raccolta della carica elettrica, il design disaccoppiato del nanodispositivo permette agli scienziati di osservare e regolare finemente ogni fase del processo. La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications (3).
Sfruttare un effetto naturale
Di solito, quando pensiamo agli effetti del calore e della luce sull’evaporazione, comprendiamo che l’energia termica accelera la trasformazione dell’acqua in vapore. Studi precedenti si sono concentrati su questo effetto per il recupero di energia HV, ma i ricercatori dell’EPFL hanno capito che la produzione energetica accelerata che osservavano non era dovuta alla sola evaporazione.
Poiché il loro nanodispositivo è composto da un semiconduttore di silicio, gli elettroni al suo interno vengono eccitati dai fotoni della luce solare, mentre il calore aumenta le cariche negative sulla sua superficie. Allo stesso tempo, l’evaporazione indotta dal calore in uno strato di acqua salata sopra il nanodispositivo provoca uno spostamento degli ioni, creando separazioni tra cariche positive e negative. Questa separazione di carica all’interfaccia liquido-solido genera un campo elettrico che spinge gli elettroni eccitati attraverso un circuito collegato, producendo elettricità.
«Il nostro lavoro mostra che, grazie a questo effetto di carica superficiale, l’aggiunta di luce solare e calore può aumentare la produzione di energia di un fattore 5. Questo effetto naturale è sempre esistito, ma noi siamo i primi a sfruttarlo», afferma la dottoressa Giulia Tagliabue.
Energia continua e autonoma
I ricercatori sottolineano che, oltre all’eccellente tensione e densità di potenza (rispettivamente 1 V e 0,25 W/m²), il loro sistema offre un vantaggio per la generazione continua e autonoma di elettricità. «Nei dispositivi HV, il miglioramento delle prestazioni tramite apporti di calore e luce causa nel tempo un degrado dei materiali, soprattutto in condizioni di acqua salata. Al contrario, i nanopilastri del nostro dispositivo sono rivestiti con uno strato di ossido per garantire prestazioni stabili sotto calore e luce, e per proteggere da reazioni chimiche indesiderate», afferma Tagliabue.
Separare il dispositivo in tre strati ha inoltre permesso al team di sviluppare un modello per spiegare le loro osservazioni e ottimizzare la produzione di energia modificando la struttura dei nanopilastri e la concentrazione salina. Il team sta ora sviluppando strumenti per analizzare questi fenomeni in tempo reale mentre sperimenta l’apporto di calore e luce tramite un simulatore solare.
I ricercatori ritengono che la loro innovazione accelererà lo sviluppo dei dispositivi idrovoltaici, che hanno un grande potenziale per alimentare piccole reti di sensori senza batteria ovunque siano disponibili acqua, calore e luce solare. Esempi includono sistemi di monitoraggio ambientale autoalimentati, dispositivi indossabili e applicazioni per l’internet delle cose.
Riferimenti:
(1) Giulia Tagliabue
(2) Tarique Anwar
Descrizione foto: La configurazione sperimentale di LNET. 2026 LNET EPFL CC DA SA. - Credit: 2026 LNET EPFL CC BY SA.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Nanodevice produces continuous electricity from evaporation