La possibilità di stampare in 3D componenti fondamentali delle batterie apre una nuova fase nella progettazione dei sistemi di accumulo energetico. Un team dell’Università del Texas a El Paso ha sviluppato una tecnica che consente di realizzare elementi elettrochimici in quasi qualunque forma, superando i limiti imposti dalle tradizionali celle cilindriche o rettangolari. Il risultato è una maggiore libertà per integrare le batterie direttamente nei dispositivi, rendendo più semplice la creazione di tecnologie compatte, flessibili e sempre più personalizzate.
Secondo i ricercatori, questo approccio potrebbe trasformare il modo in cui vengono progettati dispositivi elettronici, medicali e industriali, grazie alla possibilità di adattare la batteria alla struttura del prodotto e non viceversa, riducendo vincoli ingegneristici storicamente considerati inevitabili.
Un elettrolita gel stampabile in 3D al centro dell’innovazione
Il cuore della ricerca è la sostituzione del classico elettrolita liquido con un gel polimerico stampabile, capace di mantenere proprietà di conduzione elevate. Nei sistemi tradizionali, infatti, i liquidi devono essere contenuti in involucri rigidi, che non solo limitano il design ma possono anche aumentare i rischi in caso di perdite o instabilità.
Il team UTEP ha combinato una resina fotosensibile con un elettrolita liquido a base di litio, utilizzando un processo di stampa 3D chiamato vat photopolymerization, che solidifica il materiale strato dopo strato tramite luce. Le prove hanno evidenziato una conducibilità ionica fino a 3,4 × 10⁻³ siemens per centimetro, un valore paragonabile a quello degli elettroliti liquidi convenzionali.
Un ulteriore elemento rilevante riguarda la semplicità del processo: il materiale può essere stampato anche in condizioni di laboratorio standard, senza ambienti sigillati o privi di ossigeno, rendendo la tecnologia più vicina a una futura produzione scalabile e industrializzabile.
Forme libere e nuove possibilità per il design
Per dimostrare la versatilità della tecnologia, i ricercatori hanno realizzato strutture molto diverse tra loro, tra cui dischi piatti, reticoli a nido d’ape e un piccolo cubo solido da circa un centimetro. Questi test confermano che la batteria può essere adattata alla forma del dispositivo finale senza compromettere le prestazioni.
Come ha spiegato il ricercatore Alexis Maurel, l’obiettivo è superare un vincolo storico: “per anni la forma della batteria ha determinato la forma del dispositivo che alimenta”. Con questo approccio, invece, la batteria può diventare parte integrante del design, aprendo nuove possibilità per wearable, sensori e componenti aerospaziali in cui lo spazio è estremamente limitato e prezioso.
Materiali e prestazioni sotto osservazione
Oltre alla forma, lo studio ha analizzato anche il ruolo dei solventi nella stabilità e nelle prestazioni del sistema. Una particolare combinazione si è dimostrata più stabile nei test ripetuti, indicando una possibile direzione per lo sviluppo futuro delle batterie stampate.
La scelta del rapporto tra resina ed elettrolita si è rivelata cruciale: un mix di 1 a 4 ha fornito i risultati migliori in termini di stabilità, affidabilità e conducibilità. Questo aspetto, finora poco esplorato nella letteratura scientifica sulle batterie additive, potrebbe diventare centrale nelle prossime fasi di ricerca sui materiali energetici avanzati.
Verso batterie complete con elettroliti stampati in 3D
Il progetto, sviluppato anche in collaborazione con i Sandia National Laboratories, non si ferma agli elettroliti. Il prossimo obiettivo è utilizzare questi materiali per costruire batterie complete, integrando tutti i componenti in un unico processo di stampa additiva.
Secondo il team guidato da Kenith Meissner, questa convergenza tra produzione avanzata ed energia rappresenta un passaggio chiave per il futuro dell’accumulo energetico. La possibilità di produrre batterie su misura, più efficienti e adattabili, potrebbe influenzare settori come aerospazio, trasporti e dispositivi medicali, aprendo la strada a una nuova generazione di tecnologie energetiche più integrate e progettate intorno alle esigenze dei dispositivi.
Fonte: Interesting Engineering
