Roma, 18/06/2024
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La stampa 3D potrebbe migliorare i processi produttivi delle batterie, e renderle più efficienti

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La produzione additiva di batterie, a partire da quelle a stato solido, promette grandi risultati in termini di riduzione dei costi produttivi, ottimizzazione ed efficientamento nelle prestazioni. Ed anche le case automobilistiche tengono d’occhio questa tecnologia

Da qualche anno si parla del metodo di produzione additiva delle batterie, ovvero tramite la stampa 3D, per migliorare la loro stabilità e sicurezza, oltre ad abbattere i costi: secondo un articolo pubblicato da Forbes questa innovazione potrebbe cambiare il futuro degli accumulatori, e ci sono diverse start-up al lavoro in questo mercato in forte crescita.

Cos’è la produzione additiva e quali sono i vantaggi

Si sa che le batterie agli ioni di litio, attuale stato dell’arte per l’alimentazione di dispositivi che vanno dagli smartphone alle vetture, presentano qualche aspetto critico a livello di sicurezza (ci riferiamo al surriscaldamento, in particolare se danneggiate) che va risolto in modo da incentivare, ad esempio, una maggiore fiducia dei consumatori riguardo le auto elettriche.

Abbiamo parlato in queste pagine dell’alternativa offerta dalle batterie a stato solido, con continue evoluzioni: poi c’è la produzione additiva di cui abbiamo parlato, che promette di dare il proprio contributo per risolvere le falle in termini di sicurezza e al tempo stesso offrire maggiore efficienza nella ricarica, una migliorata densità energetica ed un abbattimento dei costi di produzione. Una modalità cosiddetta additiva giacché si aggiunge materiale per la realizzazione del prodotto, riducendo gli scarti rispetto ai metodi tradizionali. Anzi, nelle fabbricazioni additive a base di polvere, il materiale residuo può essere recuperato e riutilizzato per la stampa successiva.

Sakuù e le stampanti Kavian

Tra le aziende impegnate in questa ricerca Forbes cita la start-up californiana Sakuù, che punta ad aprire il suo primo impianto nel 2023 e che ha annunciato la possibilità di stampare in ogni forma o dimensione possibile (oltre ad esserci la possibilità di eventuali personalizzazioni) le celle della batterie Swift Print. Proprio la stampa 3D (i dispositivi usati da Sakuù vengono chiamati Kavian) consente la creazione di forme complesse altrimenti difficili con i metodi di produzione tradizionali, ovviando anche alla necessità – con costi annessi – degli stampi di produzione.

Le stampanti Kavian di Sakuù sfruttano materiali come metallo, ceramica, vetro e polimeri nello stesso strato in modo da produrre batterie a stato solido che possano essere più rapide, leggere ed economiche di quelle agli ioni di litio, secondo quanto riferito dalla start-up (che però non ha rivelato le specifiche precise delle sue stampanti). Le stime comunque parlano di una riduzione dei costi di produzione del 33% in un impianto meno impattante e più piccolo del 44% rispetto a quelli tradizionali. Inoltre si risparmia sulle materie prime come minerali quali litio, cobalto e manganese, con una riduzione sino all’eliminazione dei solventi utilizzati.

Blackstone Technology, che potrebbe siglare un accordo con Volkswagen

Un’altra realtà impegnata in questa innovazione è la tedesca Blackstone Technology, ideatrice della Thick Layer Technology e che si distingue da Sakuù per l’utilizzo della serigrafia 3D, con un processo che – affermano dall’azienda – è capace di ridurre del 25% l’energia impiegata, e una tecnologia che rispetto alla normale produzione di batterie riduce del 30% i costi e che può essere utilizzata non solo per le batterie a stato solido, ma anche per quelle agli ioni di litio. Inoltre, Blackstone è impegnata ad acquisire i materiali da fonti etiche, investendo in operazioni di estrazione di terre rare come quelle svolte in Canada da Electra Battery Materials, oltre a detenere delle licenze in terra norvegese per la richiesta dei permessi di estrazione in quei luoghi.

Blackstone sta portando avanti dallo scorso anno delle trattative con Volkswagen per implementare le batterie da essa creata nelle vetture elettriche del marchio tedesco.

La britannica Photocentric e la tecnologia a polimeri

Poi abbiamo la britannica Photocentric, che utilizza un innovativo sistema basato su leganti di elettroliti polimerici, combinati con polveri di anodo e catodo in una resina fotopolimerica stampabile. “Indurendo selettivamente i composti fotopolimerizzabili su aree molto ampie con risoluzioni fino a 5 micron, possiamo creare rapidamente un contatto inter-facciale dell’elettrodo significativamente maggiore”, si legge sul sito dell’azienda. In buona sostanza, si possono creare batterie più leggere, dalle dimensioni più ridotte, con una migliore densità energetica e tempi di ricarica più veloci, oltre ad essere più facilmente adattabili ad ogni dispositivo.

Sovvenzionata a livello governativo dal 2020, Photocentic è inoltre “alla guida di Battman, un importante progetto Innovate con un investimento di 1,4 milioni di sterline”, in cui “svilupperemo nuove stampanti 3D industriali innovative per la produzione di celle di batterie destinate ai veicoli elettrici: migliorando le tecniche di produzione, sosterremo il Regno Unito nella creazione di capacità leader a livello mondiale nella produzione di batterie all’avanguardia”. E ancora, “le nostre formulazioni e stampanti specifiche per il settore saranno progettate per produrre elettrodi con geometrie complesse, con una migliore densità energetica. Il nostro processo stamperà intere celle di batterie, dall’anodo all’elettrolito al catodo, compreso l’involucro”.

Elimineremo inoltre i processi ad alto consumo energetico e i materiali ad alto rischio dalla catena di produzione – proseguono dall’azienda -, beneficiando al contempo del mix energetico più pulito della rete britannica per migliorare l’impronta ambientale complessiva della produzione di batterie per autoveicoli”.

La collaborazione tra il Lawrence Livermore National Laboratory ed Ampcera Inc.

Infine, citiamo il caso della collaborazione tra il Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ed Ampcera Inc. per la creazione di “tecnologie di produzione additiva prive di solventi Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) per la costruzione di catodi di batterie al litio strutturati in 3D”, tramite un progetto che ha ottenuto “ingenti finanziamenti” da parte dell’Advanced Manufacturing Office presso il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Tramite l’eliminazione del solvente nel processo produttivo, si utilizza una tecnologia laser ultraveloce che consente una migliore efficienza nella produzione di batterie su larga scala capaci di ricaricarsi all’80% in 15 minuti, se non meno.

Immagine di copertina: Sakuù

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