La stampa 3D può essere usata per stampare microbatterie agli ioni di litio non più grandi di un granello di sabbia. A raggiungere questo traguardo il lavoro congiunto dei ricercatori dell'Università di Harvard e dell'Illinois, che vedono per queste batterie un futuro nei campi della medicina e delle comunicazioni, ma si può ipotizzare anche un possibile impiego nel campo dell'elettronica indossabile.
Per realizzare le microbatterie i ricercatori hanno stampato con precisione pile interlacciate di piccoli elettrodi, ognuno con uno spessore inferiore a quello di un capello umano. "Non solo abbiamo dimostrato per la prima volta che possiamo stampare in 3D una batteria, ma lo abbiamo fatto anche nel modo più rigoroso possibile", ha dichiarato il dottorando Jennifer Lewis, principale autore dello studio che è stato pubblicato il 18 giugno su Advanced Materials.
Stampare in 3D una batteria è possibile. Si apre la strada per batterie agli ioni di litio non più grandi di un granello di sabbia.
D'altronde con impianti medici sempre più piccoli, insetti robot di ogni genere, e fotocamere da incastonare negli occhiali, anche le batterie devono necessariamente seguire un processo di miniaturizzazione. Finora per aggirare il problema delle dimensioni i produttori di batterie hanno depositato sottili pellicole di materiali solidi, così da creare gli elettrodi. Il problema è che a causa del design ultra-sottile, queste piccole batterie solide non riescono a integrare sufficiente energia per alimentare piccoli dispositivi miniaturizzati.
Così gli scienziati hanno pensato che è possibile incamerare più energia se creano pile di elettrodi ultrasottili strettamente intrecciati. Per questo si sono rivolti alla stampa 3D: le stampanti 3D seguono le istruzioni da un disegno tridimensionale al computer, depositando gli strati di materiale come se fossero inchiostro per realizzare un oggetto fisico da zero.
Il team di ricercatori di Lewis ha tuttavia espanso le capacità di stampa 3D, progettando una grande gamma di inchiostri funzionali - cioè con proprietà elettriche e chimiche utili - e li hanno usati con stampanti 3D personalizzate in modo da ottenere strutture precise con le proprietà desiderate - elettroniche, ottiche, meccaniche o biologiche.
Ovviamente non è stato facile, dato che la stampa 3D funziona in modo leggermente diverso da quella a getto d'inchiostro, e in questo caso gli inchiostri dovevano funzionare come materiali elettrochimici attivi per creare anodi e catodi funzionanti, e poi dovevano "indurirsi" rapidamente per formare strati compatti come quelli realizzati con i metodi di produzione thin-film.
Così è stato creato un inchiostro per l'anodo con nanoparticelle di un composto di ossido di litio-metallo, e un inchiostro per il catodo con particelle di un altro composto. La stampante ha depositato gli inchiostri sulla "dentatura delle due pettini oro" creando una pila strettamente interlacciata di anodi e catodi. Poi i ricercatori hanno inserito gli elettrodi in piccoli contenitori e li hanno riempiti con una soluzione elettrolitica per completare la batteria.
Successivamente il team ha misurato quanta energia poteva immagazzinare la piccola batteria e quanta potenza poteva fornire – oltre alla durata di mantenimento della carica. "Le prestazioni elettrochimiche sono comparabili a quelle delle batterie commerciali in termini di tasso di carica e scarica, ciclo di vita e densità energetica. Il punto è che siamo riusciti a raggiungere tutto questo in dimensioni decisamente inferiori", ha dichiarato Shen Dillon, altro ricercatore che ha partecipato allo studio.
Insomma, un nuovo ambito di applicazione per la stampa 3D, ma soprattutto un'altra possibilità per realizzare dispositivi elettronici alimentati da batterie. Un giorno, questo è sicuro, ci troveremo le batterie anche negli slip, e in caso di rumori molesti potremmo sempre dire che è scoppiata la batteria agli ioni di litio.
