Tutto ciò ha generato una chiara esigenza: fonti di energia che siano non solo efficienti, ma anche fisicamente adattabili ai prodotti che alimentano. Pertanto, devono essere batterie sicure, sottili e flessibili, oppure avere forme personalizzate.
In questo contesto, le batterie stampate si configurano come una delle principali rivoluzioni nel campo dell'accumulo di energia. Queste soluzioni consentono di produrre batterie direttamente su substrati sottili e flessibili utilizzando tecniche di stampa come la serigrafia, oppure prodotti con forme e strutture personalizzate tramite la produzione additiva (stampa 3D). Questi sviluppi sono una realtà: soluzioni esistono sul mercato, nuove applicazioni sono in fase di ricerca e centri tecnologici come AIMPLAS sono all'avanguardia in sviluppi che promettono di trasformare il settore.
Uno sguardo al presente: cosa c'è e cosa sta succedendo.
Oggi, le batterie stampate sono disponibili sul mercato, sebbene il loro utilizzo sia ancora concentrato in applicazioni a basso consumo energetico, come dispositivi medici monouso, tag RFID, sensori a basso consumo e cosmetici intelligenti. Aziende come Blue Spark Technologies ed Enfucell commercializzano prodotti basati su tecnologie di stampa a pannello piatto, utilizzando elettrodi di zinco o manganese ed elettroliti polimerici in gel o solidi.
Questi dispositivi non sono attualmente ricaricabili e presentano alcune limitazioni, motivo per cui diversi centri di ricerca e università stanno sviluppando nuovi materiali e design per le batterie stampate. L'obiettivo è aumentare la densità energetica, migliorare la stabilità e adattare la forma delle batterie alle esigenze di ciascun prodotto. Ciò rappresenta un cambio di paradigma rispetto al modello tradizionale, in cui era il prodotto a doversi adattare alla batteria, e non viceversa.
Serigrafia: Energia 2D, con precisione e versatilità.
La serigrafia è una tecnica nota per la sua facilità d'uso, la maturità del mercato e la scalabilità, ed è utilizzata da decenni nel campo dell'elettronica stampata.
Questa tecnica si sta affermando come candidata per lo sviluppo delle nuove batterie richieste dal mercato. Il suo principale vantaggio è la capacità di depositare strati funzionali (elettrodi, elettroliti, separatori) con spessore e morfologia controllati su substrati flessibili come pellicole plastiche, tessuti o carta tecnica. Queste variabili sono fondamentali per le capacità e la funzionalità finale ottenute nel dispositivo di accumulo di energia stampato.
AIMPLAS vanta oltre 10 anni di esperienza nel campo dell'elettronica stampata e possiede la tecnologia per progredire nell'ambito dell'accumulo di energia flessibile. Pertanto, il centro tecnologico ha avviato una linea di ricerca e sviluppo focalizzata sulle batterie serigrafate.
Attualmente, si sta lavorando all'applicazione di materiali funzionali disponibili in commercio, come inchiostri conduttivi a base di ossidi metallici, per la creazione di batterie stampate. Parallelamente, si stanno conducendo ricerche sulla formulazione di nuovi materiali più sostenibili, con una migliore lavorabilità e compatibilità con i requisiti della stampa 2D, che consentiranno la produzione di batterie sottili, di spessore inferiore a un millimetro, integrabili direttamente in etichette, tessuti tecnici, imballaggi o sistemi di sensori monouso.
Stampa 3D: batterie personalizzate con volume.
Mentre la serigrafia consente la produzione di batterie piatte, la produzione additiva, o stampa 3D, fa un ulteriore passo avanti: permette la creazione di strutture tridimensionali con geometrie personalizzate, adattate allo spazio disponibile all'interno del dispositivo. Ciò risulta particolarmente utile in settori come quello automobilistico, aerospaziale, dei dispositivi indossabili e dei sistemi embedded. Visto
l'elevato potenziale e i significativi vantaggi offerti dalla produzione additiva per lo sviluppo di prodotti personalizzati, AIMPLAS ha avviato lo scorso anno un'iniziativa strategica di ricerca e sviluppo, applicando le tecnologie FD e Direct Writing disponibili allo sviluppo di batterie stampate in 3D.
Questo lavoro ha portato alla realizzazione dei primi prototipi di batterie stampate in 3D, formulando nuovi materiali che non solo sono funzionali, ma possono anche essere lavorati utilizzando le suddette tecnologie additive. Questi primi sviluppi hanno dimostrato che la stampa 3D consente la produzione dei diversi componenti della batteria utilizzando materiali attivi, aprendo la strada a design di batterie completamente integrati nel prodotto.
Inoltre, questa tecnica offre una grande libertà di progettazione, consentendo di integrare le batterie in strutture di supporto, involucri o elementi con doppia funzionalità strutturale ed energetica.
La chiave invisibile: progettare la porosità.
Uno dei vantaggi meno visibili ma più importanti offerti da queste tecnologie è la possibilità di strutturare la porosità interna degli elettrodi. La porosità influenza direttamente le prestazioni elettrochimiche, poiché facilita la diffusione degli ioni e migliora il contatto tra i materiali attivi e l'elettrolita.
Sia la serigrafia che la stampa 3D consentono di progettare strutture funzionali, regolando la formulazione degli inchiostri e delle paste o controllando il modello di stampa e la geometria di ogni strato. Questo è fondamentale per massimizzare la capacità di carica, la durata e l'efficienza energetica delle batterie stampate.
Conclusione: Energia che si adatta al futuro.
Le batterie stampate rappresentano una rivoluzione silenziosa ma potente nel mondo dell'accumulo di energia. La loro capacità di adattarsi a nuove forme, integrarsi in prodotti intelligenti e sfruttare materiali funzionali le rende una tecnologia chiave per il prossimo futuro.
AIMPLAS si posiziona come attore chiave in questo settore, combinando la propria esperienza nelle materie plastiche, nei materiali funzionali e nei processi produttivi avanzati con una visione chiara: sviluppare soluzioni energetiche stampate sostenibili e adattabili alle esigenze in continua evoluzione del mercato.
Perché il futuro dell'energia non si misura solo in volt o ampere, ma anche in forma, adattabilità, sostenibilità e funzionalità.
Autore: Joaquín Castán, Ricercatore di Ingegneria - Aimplas
