Immagina un veicolo elettrico senza batteria, o meglio alimentato da un sistema di accumulo altamente performante, ma perfettamente integrato nella struttura. Con design flessibile e configurabile a piacere senza rinunciare ad un’elevata capacità di carico. La soluzione sta diventando realtà grazie ai ricercatori della Shanghai University che hanno sviluppato una strategia per stampare in 3D le batterie strutturali agli ioni di litio.
Con la stampa 3D batterie performanti e scalabili
Anzichè essere componenti esterne aggiuntive di un sistema elettrico, le batterie strutturali agli ioni di litio sviluppate dai ricercatori, diventano parte integrante del veicolo. “Per quanto riguarda la progettazione di sistemi di accumulo di energia strutturale, la tecnologia si concentra principalmente sulla sintesi e sull’utilizzo dei materiali, nonché sulla progettazione secondaria dei componenti per l’accumulo di energia”, sottolinea Yinhua Bao, autore dell’articolo. E’ possibile, per esempio, migliorare le prestazioni utilizzando la fibra di carbonio o aumentare la sostenibilità passando agli ioni di sodio.
Nel loro studio invece, il team di Bao si è concentrato sulla realizzazione di batterie strutturali agli ioni di litio più performanti, ma nello stesso tempo anche scalabili. Si sono quindi indirizzati verso la stampa 3D, tecnologie che negli ultimi anni ha fatto notevoli passi avanti.
“Sfruttando la stampa 3D, puntiamo a creare strutture personalizzabili che, se combinate con materiali di accumulo di energia, formano componenti con funzioni integrate di accumulo di energia e di carico, caratterizzate da elevata densità energetica e capacità di carico”, ha affermato Bao.
Batterie strutturali disaccoppiate per ridurre la deformazione
La strategia di stampa 3D ideata dai ricercatori ha permesso di produrre una struttura disaccoppiata in grado di ridurre efficacemente la deformazione dell’unità di accumulo sotto carico, migliorando la stabilità meccanica della batteria.
I primi test condotti hanno mostrato risultati notevoli, dimostrando una duplice resistenza a sollecitazioni di trazione e flessione senza ridurre la densità energetica. Il prototipo sviluppato da Bao ed il suo gruppo ha inoltre mantenuto il 92% della sua capacità dopo 500 cicli di funzionamento.
Grazie alla stampa 3D ogni singolo componente delle batterie strutturali agli ioni di litio può essere prodotto con la massima precisione aprendo la strada a svariati utilizzi futuri. “Il prossimo passo della nostra ricerca sarà esplorare l’applicazione di batterie strutturali disaccoppiate, come ai veicoli aerei senza pilota (UAV) ed i robot”, ha concluso Bao.
La ricerca “Customizable 3D-printed decoupled structural lithium-ion batteries with stable cyclability and mechanical robustness” è stata pubblicata su Composites Science and Technology.