Un recente utilizzo della stampa 3D ha permesso di realizzare delle micro batterie agli ioni di litio della dimensione di un granello di sabbia.
Queste batterie possono fornire energia a dispositivi molto piccoli in particolare nel campo della medicina o delle comunicazioni; molti di questi sono ancora sui banchi di laboratori poiché non esiste una fonte di energia abbastanza piccola da adattarsi al dispositivo ed in grado di fornire l'energia necessaria al suo funzionamento.
Per realizzare le micro batterie un team di ricercatori, con sede presso la Harvard University e la University of Illinois a Urbana-Champaign, sono riusciti a stampare con precisione delle pile di elettrodi interlacciati a forma di pettine.
"Non solo abbiamo dimostrato per la prima volta che siamo in grado di stampare 3D una batteria,ma lo abbiamo dimostrato nel modo più rigoroso", ha detto Jennifer A. Lewis, autore senior dello studio.
Negli ultimi anni gli ingegneri hanno inventato molti dispositivi miniaturizzati, inclusi impianti medici, robot volanti simili ad insetti e piccole telecamere e microfoni che si adattano su un paio di occhiali.
Ma spesso le batterie di alimentazione grandi come o più grandi dei dispositivi stessi, il che contrasta con l'obiettivo della costruzione micro-dispositivi.
Per ovviare a questo problema, i produttori hanno tradizionalmente depositato film sottili di materiali solidi per costruire gli elettrodi.
Tuttavia, grazie al loro design ultra-sottile, queste micro-batterie a stato solido non forniscono energia sufficiente per alimentare dispositivi miniaturizzati di domani.
Gli scienziati hanno capito che potevano accumulare più energia se avessero potuto creare pile di elettrodi ultrasottili strettamente intrecciati.
Per questo si sono rivolti alla stampa 3D; questi strumenti depositando strati successivi di materiale (un particolare inchiostro) per costruire un oggetto fisico da zero, un po' come impilare un mazzo di carte una alla volta.
Il gruppo di Lewis ha notevolmente ampliato le funzionalità di stampa 3D; hanno progettato una vasta gamma di inchiostri con caratteristiche elettriche e chimiche utili alla creazione di strutture con precise proprietà elettroniche, ottiche, meccaniche.
Diversamente dall'inchiostro di una stampante tradizionale, che esce come gocce di liquido che bagnano la pagina, gli inchiostri sviluppati per la stampa 3D devono soddisfare due requisiti difficili:
- uscire da sottili ugelli, come il dentifricio da un tubetto;
- indurirsi immediatamente nella loro forma finale.
Per raggiungere questi obiettivi, i ricercatori hanno creato un inchiostro composto da nanoparticelle di ossido di litio (utilizzato per l'anodo), mentre per il catodo si utilizzano nanoparticelle di un altro metallo.
La stampante deposita gli inchiostri sulla dentatura delle due pettini in oro creando una pila strettamente interlacciata di anodi e catodi. Per completare la batteria si immergono gli elettrodi in una soluzione elettrolitica.
Il risultato, sostengono i ricercatori, è una batteria di dimensioni estremamente ridotte ma che ha le stesse performance delle batterie commerciali in quanto a livelli di carica, ciclo vitale e densità energetica accumulabile.
Di seguito è possibile vedere un bel filmato della stampante 3D in azione: