Nuove opportunità per la stampa 3D delle batterie

L’utilizzo della stampa 3D oramai ha preso piede in vari campi di applicazione e le tecnologie sono sempre più evolute. In questo testo però vorrei esplorare l’applicazione della stampa 3D al mondo delle batterie analizzando le varie tecnologie che potrebbero essere utilizzate, anche da piccole aziende senza grossi impianti di produzione, fino a vedere gli ultimi grandi sviluppi in questo ambito .

Batterie su misura

Uno dei primi campi di applicazione è sicuramente la possibilità di realizzare batterie, o meglio l’involucro, con forme personalizzate che discostano dal classico formato rettangolare. Questo è possibile grazie alle batterie agli ioni di litio: sono prodotte in formati che permettono una costruzione del pacco batteria molto personalizzata e la stampa 3D FDM fa proprio a questo caso.

Ovviamente stiamo parlando della personalizzazione dei pacchi batteria per casi particolari. Possono trarre giovamento da questo sistema tutti quei produttori di mezzi ricreativi (camper, roulotte) che, se costruiti in modo artigianale. possono essere limitati dai pacchi batteria standard e che rendono limitata anche l’autonomia energetica del mezzo stesso. Con l’FDM è possibile creare l’involucro personalizzato con gli stessi materiali usati per la produzione degli involucri classici per batterie agli ioni di litio, inserire le singole batterie che poi verranno adeguatamente saldate e montare la batteria personalizzata magari più grande ma con forme curvate che aumentano l’autonomia energetica del mezzo.

Qui purtroppo dobbiamo però aprire una piccola parentesi sulla sicurezza. Come tutti ben sappiamo la tecnologia litio può provocare enormi danni in caso di malfunzionamenti per questo è sempre bene informarsi e acquistare le celle da produttori certificati che forniscano anche la documentazione adatta alla realizzazione dei pacchi batteria.

Qui entrano in gioco le batterie allo stato solido che rappresentano l’ultima novità in fatto di stampa 3D ed energia.

Ma cosa sono esattamente le batterie allo stato solido? sono degli accumulatori che, a differenza delle tecnologie come il litio (polimeri di litio e ioni di litio), dove l’elettrolita è “sospeso” in un gel polimerico che è comunque liquido o semiliquido – appunto un gel­ – negli accumulatori allo stato solido, invece, elettrodi e elettroliti sono allo stato solido quindi sono fisicamente solidi. I materiali ad oggi utilizzati per la creazione di questi accumulatori sono principalmente ceramiche (come ossidi, solfuri, fosfati) e polimeri solidi.

Che vantaggi hanno?

La caratteristica principale è la sicurezza offerta da questa tecnologia che è molto più stabile del litio inoltre hanno una cosiddetta densità energetica più elevata quindi in poche parole possono contenere più energia rispetto ad altri sistemi ovviamente a parità di dimensioni.

E gli svantaggi?

Purtroppo ad oggi il costo di questi accumulatori è ancora molto alto per via del loro processo produttivo, e questo ne ha frenato la diffusione su larga scala.

Come centra l’additive manufacturing con tutto questo?

Grandi produttori nel settore stampa 3D e energia si stanno movendo per abbattere i costi e semplificare gli impianti produttivi tra questi sicuramente da nominare Photocentric e Sakuu Corporation (ex Keracel inc.). Queste due grandi realtà stanno usando diversi sistemi di produzione additiva atti alla produzione di accumulatori allo stato solido. Photocentric in particolare utilizza delle speciali stampanti “a resina” che producono gli elettrodi allo stato solido: le macchine che quindi non sono più grandi delle classiche stampanti 3D che conosciamo e che costano meno di un grande impianto produttivo tradizionale .

Sakuu corp. invece punta più sulla produzione su vasta scala usando impianti di grandi dimensioni e usa degli impianti che stratificano delle speciali polveri per poi passare ai classici passaggi che contraddistinguno le batterie allo stato solido. L’azienda però mostra come la loro tecnologia sia in grado di creare forme alternative ai classici formati che lasciano vari spunti di applicazione.

Con la loro tecnologia Kavian™ printing, promettono minori costi, maggior velocità di produzione, maggiore flessibilità, riduzione delle materie prime necessarie, maggiore sicurezza e aggiore densità energetica. Inoltre la loro tecnologia è l’unica in ambito AM ad essere multi processo e multi materiale. Una vera rivoluzione!

Un’altra grande realtà da nominare ed anallizare è sicuramente Blackstone Resources AG inc.

Questa grande azienda ha creato una propria tecnologia di stampa 3D per le batterie che come Sakuu promette di ridurre i costi e materiali necessari e punta soprattutto sulla sostenibilità del processo di produzione. Con la loro tecnologia Blackstone Thick Layer © dal 2018 ormai producono batterie con tecnologia litio. I loro impianti depositano strato su strato della pasta metallica contenente gli elettroliti. Anche in questo caso le batterie sono personalizzabili in forma e dimensione: in questo video è possibile vedere la tecnologia e il suo funzionamento.

Batterie a stato solido

La produzione di batterie a stato solido offre il potenziale per un salto quantico nella densità energetica e ridurrà significativamente il costo delle tecnologie delle batterie. Inoltre, esiste la possibilità di accelerare il processo di ricarica di circa sei volte. Queste batterie sono anche più sicure in quanto evitano l’uso di sostanze infiammabili, pericolose e tossiche che si trovano tipicamente nelle batterie a elettrolita liquido. L’uso della stampa 3D di Blackstone con la tecnologia a stato solido creerà anche una solida base per la produzione di massa delle batterie al litio di Blackstone.

“Questo è il nostro obiettivo finale.”

Con queste parole di Blackstone si capisce la volontà di portare in breve tempo la produzione delle batterie completamente allo stato solido abbasandone i costi e rendendole un prodotto disponibili su più fronti.

Come ultimo aggiornamento Sakuu ha iniziato una collaborazione con Livent corp. Con lo scopo di usare la formulazione di litio stampabile LIOVIX proprietaria di Livent nel processo di stampa 3D della batterie di Sakuu. La piattaforma LIOVIX include applicazioni per la pre-litizzazione e la produzione di anodi di litio metallico.

A febbraio, Sakuu ha annunciato di aver stampato con successo queste celle che utilizzavano la formulazione al litio stampabile LIOVIX di Livent, che ha migliorato le capacità di modellazione uniche del processo di stampa 3D proprietario di Sakuu. Sakuu ha raggiunto diversi risultati degni di nota in questo periodo, tra cui la prima batteria al litio-metallo stampata in 3D completamente funzionante, il primo anodo al litio-metallo con motivo stampato in 3D e la prima batteria al litio-metallo stampata in 3D in una forma personalizzata!

In conclusione il mondo della stampa 3D e delle batterie stampabili sta compiendo passi da gigante con tecnologie di stampa  uniche multi materiale e multi processo. Per ora sembra ancora che il litio domini il mercato vista la conprovata funzionalità del processo ma in breve tempo si riusciarà sicuramente ad abbatere i costi e a produrre batterie allo stato solido più sicure ed ecologiche

Stay tuned!