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Batterie in 3D: l’energia del futuro si nasconde nella struttura dei dispositivi
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Una rivoluzione nella tecnologia delle batterie potrebbe arrivare dalla stampa 3D. Lo riferisce il Wall Street Journal spiegando che la tecnologia in questione permetterebbe di sfruttare l’accumulo di energia all’interno di dispositivi di leggeri e duraturi di tutti i tipi, dai droni militari a lungo raggio, ai robot su scala nanometrica, con il processo manifatturiero che permette di realizzare elettrodi, elettroliti solidi, collettori e separatori, superando imiti strutturali e compositivi dei metodi convenzionali di fabbricazione.
Quasi tutte le innovazioni di cui sentiamo parlare nel settore — dalle batterie per veicoli elettrici più economiche e resistenti fino alle batterie allo stato solido, considerato il “Santo Graal” del settore — riguardano il cambiamento della chimica delle batterie. La promessa della stampa 3D applicata alla tecnologia delle batterie (nota anche come produzione additiva) è semplice: e se le batterie potessero riempire qualsiasi spazio disponibile, persino gli elementi strutturali dei nostri dispositivi, invece di assumere sempre una forma rigida come un sacchetto o un cilindro? È a quanto pare possibile adattare le prestazioni alle limitazioni del processo produttivo, trasformando vincoli elettrochimici in variabili di progettazione attive grazie al controllo preciso delle strutture tridimensionali, elemento che a sua volta permette di migliorare il trasporto di ioni ed elettroni, aumentare la densità energetica, ottimizzare la sicurezza.
Questo approccio permetterebbe di sfruttare l’intera struttura di un drone, riempire la montatura degli occhiali di batterie, ecc., massimizzando la capacità areale delle celle senza compromettere l’integrità meccanica, integrare gli accumulatori direttamente negli involucri dei dispositivi, ottimizzando spazio e peso.
La stampa 3D può essere sfruttata con qualsiasi batteria, indipendentemente dalla chimica delle celle: permetterebbe di far progredire sia l’odierna tecnologia degli ioni di litio, sia le emergenti tecnologie agli ioni di sodio e allo stato solido. Alcune startup stanno cercando di utilizzare la stampa 3D per ottenere maggiore efficienza nei sistemi di produzione di batterie già esistenti. Un piccolo gruppo di startup sta pensando a design e approcci radicalmente nuovi, partendo da applicazioni nel settore della difesa, dove i costi e la scala di produzione sono un problema minore.
Sakuu, azienda con sede nella Silicon Valley, anziché stampare in 3D intere batterie, sta lavorando per eliminare uno dei maggiori punti critici nella produzione, spiega Arwed Niestroj, direttore operativo di Sakuu, che è anche un fisico nucleare ed ex capo della ricerca e sviluppo di Mercedes-Benz in Nord America. Le attuali linee di assemblaggio delle batterie includono forni grandi quanto un campo da calcio per asciugare gli strati di materiale che sono stati sciolti nei solventi. Questo richiede un’enorme quantità di energia, elemento che incide in modo significativo sui costi di produzione, un motivo per il quale le batterie dei veicoli elettrici non sono economiche. Il procedimento di Sakuu, in fase di sviluppo da anni, utilizza la produzione additiva per depositare i componenti chiave della batteria senza solventi, eliminando così la necessità dei forni. Questa startup sta lavorando per commercializzare la tecnologia in collaborazione con Niestroj, un importante produttore di batterie. La stampa 3D promette di ridurre gli sprechi di materiale, eliminare i processi intensivi di solvente e accelerare il ciclo di ottimizzazione.
Restano ancora sfide da risolvere ma in futuro si prevede che la convergenza tra stampa 3D, AI e controllo dei processi permetterà l’industrializzazione della stampa 3D per batterie; nel breve tempo si prevedono usi in dispositivi d alto valore e bassi volumi (es. dispositivi medici, indomabili, visioni AR/VR) per passare in seguito alla produzione ibridi dedicati a