Argilla e grafene: un prototipo per stoccare l’energia ispirato all’antica Roma

Gli antichi romani inserivano i tubuli fittili, condotti cavi di terracotta, nelle volte dei loro edifici per alleggerirne il peso e nelle pareti delle terme per far circolare l’aria calda. Duemila anni dopo, canali di argilla cotta realizzati però in dimensione nanometrica, possono ritornare utili per lo stoccaggio energetico. Di fatto incanalare cariche elettriche, invece che aria.

Un gruppo di ricercatori del Politecnico federale di Losanna (Epfl) ha dimostrato che l’acqua intrappolata dentro questi minuscoli canali può consentire di immagazzinare energia, comportandosi come l’unico elettrolita di un dispositivo. Lo studio è stato pubblicato il 5 giugno 2026 sulla rivista Nature Communications.

Il “condensatore blu” e l’acqua compressa

Il dispositivo, che gli autori hanno battezzato condensatore blu (blue capacitor), nasce dall’unione di due materiali, l’argilla e il grafene. Le argille naturali, come la montmorillonite, sono fatte di sottilissimi strati di silice e allumina che, una volta idratati, si distanziano lasciando tra loro intercapedini larghe circa un nanometro – circa 100mila volte più sottile di un capello. L’acqua resta confinata dentro i canali in un velo spesso pochissime molecole. Il gruppo di ingegneri, guidato da Vasily Artemov e Aleksandra Radenovic, ha alternato strati di argilla e grafene fino a ottenere una membrana flessibile, spessa tra i 100 e i 200 micrometri, in cui elettrodi, separatore ed elettrolita coincidono in un’unica struttura continua.

L’acqua compressa in spazi così stretti perde le proprietà che ha allo stato liquido ordinario. La sua risposta dielettrica e soprattutto la conduzione dei protoni risultano alterate. I ricercatori sfruttano proprio questa anomalia: nei canali idratati i protoni si spostano per salti successivi, secondo un meccanismo a staffetta noto come trasporto di Grotthuss, e si accumulano alle interfacce con il grafene formando un doppio strato elettrico che immagazzina la carica.

I numeri del prototipo

Il prototipo funziona fino a circa 1,6 volt, poco più della tensione di una comune pila stilo, e supera così il limite di 1,23 volt oltre il quale l’acqua di norma si decompone. La differenza vera sta nella durata. La batteria di uno smartphone inizia a perdere colpi dopo qualche centinaio di ricariche complete: praticamente nel giro di due o tre anni. Mentre il condensatore blu ha retto oltre 60.000 cicli di carica e scarica senza un calo misurabile, l’equivalente di una ricarica al giorno per più di un secolo e mezzo. Notevole, ma comunque nella norma rispetto al settore commerciale.

Il dispositivo restituisce circa il 97% della carica a ogni ciclo, e ne spreca quindi una quota minima. Il punto debole resta la quantità di energia immagazzinata, circa 10 wattora per chilogrammo di elettrodi, molto meno di quanta ne contenga una batteria al litio. Conservare l’energia di una singola carica di smartphone richiederebbe più di un chilo di materiale. Insomma, questa tecnologia non punta a stivare molta energia, ma a erogarla in fretta e a durare a lungo, come i supercondensatori già diffusi nell’elettronica.

Il vantaggio è che non c’è impatto ambientale

Il valore della ricerca sta soprattutto nei materiali. Lo stoccaggio dell’elettricità rinnovabile dipende oggi da elementi scarsi e costosi, a partire dal litio, e da elettroliti concentrati o solventi organici poco sostenibili. Il condensatore blu fa a meno di tutto questo, perché l’argilla è tra i minerali più abbondanti della crosta terrestre e si lavora a basso costo; il grafene deriva dal carbonio, l’elettrolita è semplice acqua. L’intero dispositivo risulta così composto da ingredienti comuni e poco inquinanti, una caratteristica preziosa per le tecnologie di accumulo di prossima generazione.

Anzi, probabilmente questa è la principale qualità perché secondo l’Agenzia internazionale dell’energia, oltre il 90% della crescita della domanda elettrica sarà coperta da rinnovabili, ma per integrare questa crescita servono più reti e sistemi di accumulo. Il dispositivo svizzero, in questo quadro, non gioca la partita della quantità di energia immagazzinata, ma quella della semplicità: pochi materiali, tutti facilmente reperibili, e l’acqua al posto degli elettroliti chimici.

I limiti, e la strada ancora da percorrere

Gli stessi autori invitano alla cautela, perché si tratta di una dimostrazione di principio. Un supercondensatore, per sua natura, accumula molta meno energia per chilogrammo rispetto a una batteria, ma si caratterizza per la rapidità di carica e la longevità. La descrizione microscopica del trasporto dei protoni nei canali resta inoltre da completare, e l’assottigliamento del separatore, utile a ridurre le perdite, è frenato dal rischio di cortocircuito. Diversi nodi restano dunque aperti. Il principio, però, è stato dimostrato, perché l’acqua chiusa in un canale di argilla può conservare carica in un dispositivo reale, riportando un materiale antico al centro della ricerca sull’energia.