Oggi più che mai i veicoli elettrici necessitano di batterie strutturali ad alte prestazioni in grado di garantire un funzionamento continuo per periodi prolungati. Per fortuna, qualcosa del genere è in fase di sviluppo presso l‘Università di Shanghai, dove un team sta utilizzando il meglio della tecnologia della stampa 3D per mettere a punto le batterie strutturali del futuro.
Da Shanghai la stampa 3D per batterie strutturali
Piccola parentesi. Quando si parla di “batterie strutturali”, si fa riferimento a delle specifiche batterie che fungono sia da componenti strutturali dei veicoli che da sistemi di accumulo energetico. A differenza delle batterie tradizionali, che sono componenti esterni aggiunti ai dispositivi elettronici o elettrici, queste batterie vengono integrate direttamente nella struttura stessa dei veicoli.
Sono batterie, pertanto, molto difficili da produrre, oltre che da efficientare, dato che ad oggi le soluzioni strutturali di accumulo energetico sviluppate hanno mostrato alcune limitazioni, come una densità energetica relativamente bassa e una scarsa performance nei cicli di ricarica.
Per superare questi ostacoli, i ricercatori dell’Università di Shanghai, in collaborazione con altri esperti, hanno messo a punto una tecnica scalabile per la fabbricazione di batterie strutturali, esplorando in particolare la possibilità di utilizzare la stampa 3D, una tecnologia ormai ampiamente adottata per la produzione di vari prodotti e componenti elettronici.
Una batteria ad alta densità e resistenza
Questa tecnica, descritta in un articolo pubblicato su Composites Science and Technology, si concentra su due aspetti chiave delle batterie strutturali al litio: l’unità di accumulo energetico e la struttura portante. Lavorando su questi aspetti, il team ha potuto progettare una struttura disaccoppiata, con cui poter ridurre efficacemente la deformazione dell’unità di accumulo quando è sotto carico, migliorando così la stabilità meccanica della batteria.
La tecnica adottata ha permesso di realizzare una tipologia di batteria strutturale che, oltre ad avere una densità energetica di 120 Wh kg-1 e 210 Wh L-1 (3,5 mA cm-2), è in grado di resistere a significative sollecitazioni di trazione e flessione. Inoltre, la batteria riesce a mantenere fino al 92% della sua capacità dopo 500 cicli di funzionamento, mostrando soltanto una perdita minima di capacità sotto stress meccanico.
In futuro, questa tecnica basata sulla stampa 3D potrebbe facilitare la produzione su larga scala di componenti strutturali per l’accumulo energetico, e al tempo stesso rendere queste batterie utili non solo per i veicoli elettrici ma anche per i sistemi robotici.
Per saperne di più su questo studio, vi consigliamo la lettura integrale del paper pubblicato su Composites Science and Technology:
Xu Ma e al, Customizable 3D-printed decoupled structural lithium-ion batteries with stable cyclability and mechanical robustness, Composites Science and Technology (2024). DOI: 10.1016/j.compscitech.2024.110783
