Stampa 3D per batterie strutturali agli ioni di litio: robuste e personalizzabili
Un team di ricercatori dell’Università di Shanghai ha sviluppato un innovativo metodo per creare batterie strutturali potenti, utilizzando la tecnologia della stampa 3D. Queste batterie non solo fungono da accumulatori di energia, ma possono anche essere utilizzate come elementi strutturali portanti in veicoli e altre applicazioni. I risultati di questo studio sono stati pubblicati nella rivista scientifica “Composites Science and Technology”.
Un nuovo approccio per migliorare l’efficienza e la resistenza
Il gruppo di ricerca guidato da Yinhua Bao si è concentrato sulla realizzazione di un sistema che unisca un’elevata capacità di accumulo di energia con una notevole resistenza strutturale. In passato, molti tentativi di creare batterie strutturali si sono scontrati con problemi come la bassa densità di energia e una scarsa stabilità durante i cicli di carico e scarico.
Progettazione disaccoppiata per ottimizzare le prestazioni
Il metodo sviluppato dai ricercatori di Shanghai prevede l’uso di una progettazione disaccoppiata: una struttura portante stampata in 3D viene combinata con componenti di accumulo di energia. In questo modo, la struttura portante sopporta la maggior parte del carico meccanico, riducendo lo stress sui materiali della batteria stessa.
Bao spiega: “Grazie alla stampa 3D, siamo in grado di creare telai strutturali su misura che, una volta combinati con materiali per l’accumulo di energia, danno vita a componenti che integrano sia la funzione di accumulo energetico che quella di supporto strutturale.”
Ottimizzazione e test del prototipo
Il team ha perfezionato il design attraverso simulazioni avanzate e ha selezionato materiali ad alte prestazioni per gli elettrodi e gli elettroliti, migliorando così la densità energetica e la durata della batteria. Inoltre, la disposizione distribuita delle celle della batteria assicura che eventuali danni locali non compromettano l’intero sistema.
Nei test condotti, il prototipo della batteria strutturale ha dimostrato risultati promettenti: è riuscito a resistere a elevate sollecitazioni di trazione e flessione, mantenendo una densità di energia di 120 Wh/kg. Dopo 500 cicli di carica e scarica, la batteria ha conservato il 92% della sua capacità iniziale. Sotto una tensione di trazione di 80 MPa, la batteria ha mantenuto il 98,7% della capacità, mentre sotto una sollecitazione di flessione di 96,3 MPa ha mantenuto il 97%.
Flessibilità nella progettazione e applicazioni future
La tecnologia di stampa 3D utilizzata consente di adattare la geometria della batteria in modo flessibile per rispondere a diverse esigenze applicative. Oltre all’impiego nei veicoli elettrici, anche i robot autonomi e i veicoli logistici potrebbero beneficiare di questa innovazione.
Guardando al futuro, il team di ricerca intende migliorare ulteriormente l’affidabilità delle batterie attraverso l’uso di nuovi materiali per i telai strutturali. Inoltre, stanno esplorando applicazioni potenziali anche in aerei senza pilota e robot, ambiti in cui questa tecnologia potrebbe rivelarsi particolarmente utile.
