La tecnologia promette batterie più piccole e con capacità sempre maggiori, che possono essere integrate nei prodotti e, forse, progettate pensando al riciclaggio. D’altro canto molto del nostro stile di vita si basa sull’energia immagazzinata nelle batterie agli ioni di litio. Questi piccoli oggetti rendono possibili telefoni cellulari e auto elettriche, laptop e dispositivi sanitari, robot e sensori gestiti a distanza e molto altro.
Forse non sorprende che i loro sviluppatori abbiano ricevuto il premio Nobel per la chimica.
Ma gli scienziati dei materiali hanno disperatamente bisogno di batterie migliori per l’Internet delle cose, per la prossima generazione di dispositivi personali e per le auto autonome. Batterie migliori sono anche necessarie per poter immagazzinare energia da fonti rinnovabili.
Le prestazioni della batteria sono il risultato di numerosi fattori diversi. La densità energetica è cruciale, così come la capacità di mantenere la carica senza che cali. Poi c’è la ricaricabilità, non solo una volta ma migliaia o decine di migliaia di volte, e, naturalmente, la sicurezza. Di conseguenza, i produttori di batterie sono cauti nel provare nuovi approcci, per evitare un calo delle prestazioni. Quindi i miglioramenti sono generalmente minuscoli.
Ma come abbiamo detto, è necessaria una svolta.
E questa potrebbe presto arrivare tramite la stampa 3D. O almeno è quanto affermano Vladimir Egorov dell’Università di Cork in Irlanda e alcuni suoi colleghi. Sembra che ormai le varie nuove tecniche di stampa per batterie, renderanno possibile una nuova generazione di dispositivi più piccoli e più capaci.
Vediamo prima alcuni retroscena.
La stampa 3D è il termine generale per una varietà di tecniche che consentono di costruire oggetti tridimensionali aggiungendo materiale strato per strato. Può essere un modo per realizzare prototipi per i test, prodotti alimentari esotici, parti del corpo di ricambio e persino interi edifici. L’uso di molte macchine da stampa in parallelo consente la produzione in serie di articoli come parti di automobili e aerei. Gli scienziati dei materiali hanno anche iniziato a sperimentare modi per stampare circuiti elettronici utilizzando inchiostri polimerici, senza più bisogno di saldatura. In questo modo, i circuiti stampati possono assumere più o meno qualsiasi forma e persino far parte della struttura di un dispositivo. Tuttavia, una limitazione significativa è la necessità di incorporare batterie convenzionali, disponibili in dimensioni e forme specifiche.
E se invece stampassimo anche le batterie in 3D?
“Se stampassimo batterie in grado di integrarsi perfettamente nel design del prodotto, anche per ragioni estetiche, di comfort o funzionali, la batteria potrebbe diventare parte del prodotto”, afferma Egorov.
Questo è più facile a dirsi che a farsi. I materiali elettroattivi utilizzati nelle batterie sono fisicamente complesse. È difficile creare versioni di questi materiali adatte alla stampa 3D. Una volta stampati, questi materiali devono mantenere le loro interconnessioni elettriche, controllare le reazioni chimiche e garantire che le batterie possano caricarsi e scaricarsi per molti cicli. Soprattutto, le batterie devono essere sicure. Tutte le batterie devono superare severi standard di sicurezza prima di poter essere utilizzate in case, veicoli, aerei e così via. Le batterie che perdono possono causare danni costosi. Ma il rischio più grave è il fuoco.
E anche se tutte queste sfide fossero superate, ci sarebbe un’altra domanda: Le batterie 3D saranno più efficienti di quelle odierne?
Egorov pensa proprio di si, anche se lamenta però la mancanza di un elemento importante per il futuro della batteria 3D. Una delle maggiori e più importanti sfide è quella di renderle riciclabili. Le batterie di oggi sono progettate appositamente per non poter essere facilmente smontate, quindi riutilizzare i materiali preziosi che contengono è quasi impossibile. Ciò non si adatta bene a una tecnologia che dovrà svolgere un ruolo centrale nella transizione della società dai combustibili fossili alle energie rinnovabili.
Anche qui la flessibilità che consente la stampa 3D ha il potenziale per dare il via e accelerare questa rivoluzione tanto necessaria.
