Batterie stampate con tecnologia 3D

Un articolo a firma di Mike Orcutt, apparso un mese fa sulla rivista Technology Review del MIT, spiega il lavoro che sta conducendo la scienziata Jennifer Lewis di Harvard per la costruzione di batterie agli ioni di litio utilizzando la tecnologia delle stampanti 3D.
La tecnologia è ancora in fase embrionale ma la possibilità di stampare le batterie e altri dispositivi elettronici potrebbe rendere realizzabili delle nuove tipologie di dispositivi; il giornalista si lancia ad immaginare persino dei sensori biomedicali autoalimentati che, una volta applicati sulla pelle, potrebbero trasmettere i segni vitali del paziente ad uno smartphone.

Persino gli stessi prodotti esistenti potrebbero essere più semplici ed efficienti. Un caso di esempio sono gli apparecchi acustici, in cui il cui guscio è gia stampato secondo la conformazione anatomica dell’orecchio di chi lo dovrà indossare, mentre la parte elettronica è fabbricata separatamente e successivamente integrata con le batterie che spesso sono del tipo che devono essere sostituite frequentemente. Se tutta l’elettronica e la batteria ricaricabile fossero stampate assieme, il prodotto finale potrebbe essere fatto più rapidamente e perfettamente.
Jennifer Lewis ha adottato due passi importanti che portano alla stampa dei dispositivi elettronici.

  1. Per prima cosa ha inventato, come lei stessa li definisce, degli inchiostri funzionali che possono diventare batterie e componenti semplici come elettrodi, cavi ed antenne.
  2. La seconda cosa è stata lo sviluppo di speciali ugelli ed estrusori ad alta pressione per far uscire le batterie e gli altri componenti da una stampante 3D di tipo industriale.

La tecnologia di stampa funziona a temperatura ambiente al contrario delle alte temperature che normalmente sono richieste per lavorare con l’elettronica ad alte prestazioni. Questa cosa rende possibile la stampa sui materiali plastici senza provocare danni. Gli stessi materiali della batteria non sono rivoluzionari e, parole della Lewis “questo è davvero più di una rivoluzione nel modo in cui le cose sono prodotte”.

Gli inchiostri usati dalla Lewis utilizzano nanoparticelle sospese dei materiali desiderati, come i composti a base di litio per le batterie e di argento per i fili. Questi materiali vengono mescolati in molteplici soluzioni e gli inchiostri risultanti sono quasi solidi quando viene loro applicata una certa pressione e ridiventano nuovamente solidi una volta stampati.

Stampare una batteria con un ugello singolo può richiedere qualche minuto, ma la tecnologia di stampa 3D sviluppata dalla ricercatrice può ridurne il tempo depositando gli inchiostri usando centinaia di ugelli nello stesso tempo.
Le batterie stampate agli ioni di litio sono piccole, delle dimensioni di un millimetro quadrato, ma con prestazioni paragonabili a quelle delle batterie commerciali, perché la Lewis può produrle con architetture su microscala, potendo posizionare le strutture con una precisione di 100 nanometri, rendendo possibile realizzare strutture di batterie molto più grandi.

Il gruppo di lavoro della Lewis possiede otto brevetti per i suoi particolari inchiostri e sta lavorando al rilascio delle licenze e la commercializzazione della tecnologia per i prossimi anni.
Lei stessa dice che inizialmente il piano è quello di fornire gli strumenti necessari per i produttori, anche se può eventualmente produrre una stampante di fascia bassa per hobbisti.


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