Tessuti termoelettrici: ecco come un semplice filato di seta può produrre l’energia elettrica per alimentare i dispositivi del futuro

Un gruppo di ricerca guidato dalla Chalmers University of Technology, in Svezia, ha presentato un filo di seta che promette di aprire la strada a una nuova generazione di tessuti termoelettrici: il filato, rivestito con un polimero plastico conduttivo, è in grado di trasformare in elettricità qualsiasi differenza di temperatura, inclusa quella tra la pelle e l’ambiente esterno.

Usato in combinazione con un convertitore di tensione, questo nuovo materiale potrebbe essere utilizzato per caricare dispositivi elettronici portatili tramite un semplice connettore USB. Le prestazioni del nuovo filato sono decisamente promettenti: può mantenere le sue caratteristiche per oltre un anno, spiegano gli scienziati, e può anche essere lavato in lavatrice.

E-textiles: gli indumenti diventano generatori di elettricità

Immaginate una maglia che ricarica il cellulare durante l’allenamento, o un bottone di camicia in grado di alimentare un dispositivo elettronico per il monitoraggio della salute.

Tutto ciò sarà presto possibile grazie allo sviluppo di dispositivi di raccolta energia sempre più piccoli, flessibili ed efficienti, che permetteranno di utilizzare fonti energetiche come il movimento del corpo o la luce ambientale per alimentare l’elettronica wearable. Il passaggio da questi dispositivi a veri e propri filati generatori di energia è affidato alla ricerca in materia di tessuti elettronici, o e-textiles, che permetteranno di trasformare maglioni e t-shirt in stazioni di ricarica capaci di alimentare piccoli strumenti elettronici.

L’energia può essere raccolta dal movimento o dalla luce ambientale, come avviene con le celle solari, ma è possibile sfruttare anche un’altra forma di energia particolarmente promettente: i gradienti di temperatura. I dispositivi termoelettrici, infatti, possono raccogliere energia anche in assenza di luce solare o di movimento: per ottenere un potenziale elettrico è sufficiente che ci sia una qualsiasi differenza di temperatura, per esempio tra la pelle e un ambiente più freddo o più caldo.

Il problema, in questo promettente campo di ricerca, è la carenza di materiali in grado di condurre stabilmente l’elettricità ed essere contemporaneamente adatti alla lavorazione tessile. I ricercatori di un team internazionale guidato dalla Chalmers University of Technology, però, sembrano aver trovato la soluzione: nel loro ultimo studio, pubblicato su Advanced Science, presentano un normale filo di seta, rivestito con un materiale plastico conduttivo, che potrebbe finalmente trasformare i tessuti in generatori di elettricità.

Tessuti termoelettrici senza metalli: lo studio pubblicato

Il filo di seta testato dai ricercatori è rivestito con un polimero conduttore, un materiale plastico con una struttura chimica che lo rende elettricamente conduttivo e ben adatto ai tessuti. Come spiega Mariavittoria Craighero, dottoranda presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology e prima autrice dello studio,

“I polimeri che utilizziamo sono pieghevoli, leggeri e facili da usare sia in forma liquida che solida. Sono anche atossici”.

Il metodo utilizzato per realizzare il filo di seta elettronico è lo stesso utilizzato in studi precedenti nell’ambito dello stesso progetto di ricerca: nel 2021, i ricercatori di Chalmers avevano reso conduttivo un filo in cellulosa tingendolo con un materiale polimerico elettricamente conduttivo. Allora, però, il filo conteneva metalli per mantenere la stabilità a contatto con l’aria, mentre nel nuovo studio si è riusciti a produrlo utilizzando esclusivamente polimeri organici. Il nuovo materiale, inoltre, presenta una maggiore conduttività elettrica.

“Abbiamo trovato il pezzo mancante del puzzle per realizzare un filo ottimale: un tipo di polimero scoperto di recente. Ha un’eccezionale stabilità delle prestazioni a contatto con l’aria e, allo stesso tempo, un’ottima capacità di condurre l’elettricità. Utilizzando i polimeri, non abbiamo bisogno di metalli di terre rare, che sono comuni nell’elettronica”,

spiega Mariavittoria Craighero.

La “seta elettrica” che si può lavare in lavatrice

Per dimostrare i possibili utilizzi di questo nuovo filato nella pratica, i ricercatori hanno realizzato due piccoli generatori termoelettrici: un bottone cucito con il filo conduttivo e un pezzo di tessuto attraversato da fitte trame di “seta elettrica”. Una volta posizionati i materiali tra una superficie calda e una fredda, hanno quindi misurato l’aumento della tensione. L’effetto, spiegano i ricercatori, dipendeva dalla differenza di temperatura e dalla quantità di materiale conduttore presente nel tessuto.

Il pezzo di tessuto più grande, per esempio, ha mostrato circa 6 millivolt a una differenza di temperatura di 30 gradi Celsius. In combinazione con un convertitore di tensione, potrebbe teoricamente essere utilizzato per caricare dispositivi elettronici portatili tramite un connettore USB.

Le prestazioni del nuovo filato, inoltre, si mantengono stabili per almeno un anno. Ed è anche possibile lavarlo in lavatrice. Come spiega Craighero,

“Dopo sette lavaggi, il filo ha mantenuto due terzi delle sue proprietà conduttive. Si tratta di un risultato molto buono, anche se deve essere migliorato in modo significativo prima di diventare interessante a livello commerciale”.

Il futuro dei tessuti termoelettrici

La produzione della nuova seta conduttiva è momentaneamente confinata al laboratorio: il materiale deve essere realizzato e cucito a mano, cosa che richiede molto tempo. Soltanto le cuciture del piccolo quadrato di lana, spiegano gli scienziati, hanno portato via quattro giorni di lavoro con ago e filo.

Il nuovo filato mostra comunque un enorme potenziale, e i ricercatori non escludono che in futuro si possa lavorare a un processo di produzione automatizzato e facilmente scalabile.

“Abbiamo dimostrato che è possibile produrre materiali organici conduttivi in grado di soddisfare le funzioni e le proprietà richieste da questi tessuti. Si tratta di un importante passo avanti. Ci sono fantastiche opportunità nei tessuti termoelettrici e questa ricerca può essere di grande beneficio per la società”,

ha affermato Christian Müller, professore presso il Dipartimento di Chimica e Ingegneria Chimica della Chalmers University of Technology e responsabile dello studio.

Ecco tre approfondimenti che potrebbero interessarti:

Nuovi sensori piezoelettrici flessibili per la robotica
Acqua e fibroina per microchip e nanodispositivi più sostenibili
Europio dalle lampadine: estrarre terre rare con gli e-waste