Una batteria flessibile e modellabile progettata per la stampa 3D
Un gruppo di ricercatori dell’Università di Linköping, in Svezia, ha realizzato un prototipo di batteria che si distingue per una caratteristica particolare: la consistenza simile a una pasta malleabile. Questa proprietà la rende adatta alla modellazione libera, compresa la stampa 3D, aprendo scenari applicativi che spaziano dalla robotica morbida alla tecnologia indossabile.
La batteria è realizzata con materiali sostenibili, è deformabile, ricaricabile e progettata per adattarsi a geometrie complesse. Sebbene il dispositivo non sia ancora pronto per l’uso industriale, rappresenta un esempio di come le tecnologie per l’accumulo energetico possano essere ripensate per l’integrazione diretta nei processi di fabbricazione additiva.
Limiti delle precedenti batterie flessibili
Nelle ricerche condotte negli ultimi anni, lo sviluppo di batterie flessibili si è scontrato con un problema tecnico rilevante: l’incompatibilità tra flessibilità strutturale e capacità energetica. Le soluzioni proposte in passato si basavano su materiali elastomerici o su elementi meccanicamente mobili, che però mostravano un comportamento subottimale man mano che aumentava il contenuto attivo delle celle. In altre parole, più materiale attivo veniva inserito – necessario per aumentare la capacità – maggiore diventava la rigidità dell’elettrodo, compromettendo la flessibilità complessiva del sistema.
Questo compromesso ha limitato l’utilizzo di tali batterie in dispositivi che richiedono geometrie variabili o deformabili, come nel caso di sensori indossabili, componenti biomedicali flessibili o superfici robotiche adattive.
Nuova composizione: polimeri conduttivi e lignina
Per superare questo ostacolo, il gruppo di ricerca guidato da Aiman Rahmanudin e Mohsen Mohammadi ha scelto un approccio differente. Il materiale attivo della batteria è costituito da una combinazione di polimeri conduttivi e lignina, un composto naturale derivato dalla lavorazione del legno, ampiamente disponibile come sottoprodotto dell’industria cartaria.
Questa scelta consente di ottenere un materiale elettrochimico che mantiene la capacità energetica indipendentemente dalla rigidità meccanica, una novità per questa tipologia di dispositivi. Il risultato è una massa viscosa simile al dentifricio, che può essere estrusa, colata o stampata in forme complesse, consentendo una maggiore libertà progettuale.
Flessibilità meccanica e durabilità
Il prototipo di batteria è stato sottoposto a test di prestazione che ne hanno dimostrato la capacità di deformarsi fino al doppio della lunghezza iniziale, senza compromissione della funzionalità. Inoltre, può sopportare oltre 500 cicli di carica e scarica senza subire un degrado significativo. Questi risultati suggeriscono una buona resistenza meccanica, oltre che una discreta stabilità elettrochimica nel tempo.
L’adattabilità alla forma e alla deformazione rende questa batteria particolarmente interessante per l’integrazione in superfici flessibili o in componenti mobili, dove le batterie tradizionali non possono essere alloggiate per ragioni dimensionali o strutturali.
Sostenibilità dei materiali impiegati
Un altro aspetto di rilievo è legato alla provenienza e disponibilità delle materie prime. A differenza di molte batterie flessibili attualmente in fase di sviluppo, che utilizzano materiali costosi o ad alto impatto ambientale, la batteria progettata a Linköping si basa su materiali polimerici organici e composti naturali non tossici, facilmente reperibili e compatibili con i principi di sostenibilità.
L’utilizzo della lignina, in particolare, rappresenta un esempio di valorizzazione di un residuo industriale. Questo aspetto rende la soluzione non solo più ecologica, ma anche potenzialmente più accessibile sul piano economico.
Limiti attuali e possibilità di sviluppo
Il prototipo sviluppato ha ancora delle limitazioni significative in termini di prestazioni elettriche. Al momento, la batteria è in grado di generare una tensione di circa 1 volt, un valore che corrisponde a meno dell’8% della tensione fornita da una comune batteria automobilistica da 12 volt. Questa caratteristica ne limita l’impiego a dispositivi a basso consumo.
Tuttavia, i ricercatori sono convinti che ulteriori miglioramenti siano possibili, in particolare mediante l’integrazione di metalli comuni come zinco o manganese, che potrebbero contribuire ad aumentare la tensione senza compromettere la flessibilità del sistema.
Prospettive nella stampa 3D e nella progettazione integrata
Il valore principale della batteria pastosa risiede nella sua compatibilità con la stampa tridimensionale, che ne consente l’integrazione diretta in componenti fabbricati additivamente. Questo apre la strada a una nuova categoria di dispositivi, nei quali l’alimentazione non è più esterna o accessoria, ma incorporata nel progetto stesso dell’oggetto.
Un esempio concreto potrebbe essere rappresentato da dispositivi indossabili stampati in un’unica fase, dove il corpo del dispositivo e la batteria sono prodotti insieme, in modo continuo e coerente, senza necessità di assemblaggio successivo.
La batteria sviluppata dal team dell’Università di Linköping rappresenta un punto di partenza interessante per la convergenza tra materiali sostenibili, tecnologie di accumulo energetico e produzione additiva. Sebbene il livello di prestazione sia ancora limitato, le potenzialità progettuali offerte dalla possibilità di modellare e stampare direttamente una fonte di energia aprono nuove prospettive per lo sviluppo di dispositivi flessibili, autonomi e più rispettosi dell’ambiente.
