Che cosa è stato realizzato
Un team congiunto della Tel Aviv University e di Rafael Advanced Defence Systems ha dimostrato la prima cella agli ioni di litio interamente stampata in 3D con processo inkjet drop-on-demand (DoD), depositando in sequenza catodo LFP, separatoro poroso PVdF–Al₂O₃ e anodo in grafite (MCMB). Lo studio è pubblicato sul Journal of Solid State Electrochemistry (2 aprile 2025).
 

Perché il metodo DoD è adatto a micro-batterie
La stampa DoD deposita micro-gocce controllate che consentono strati sottili e interfacce nette tra i componenti, riducendo il rischio di intermixing. Nel lavoro sono stati usati ugelli da 100 µm per gli elettrodi e 500 µm per il separatore, ottenendo un’architettura a sandwich ben definita verificata via SEM/EDS.
 

Attrezzatura e inchiostri
La deposizione è stata eseguita con un sistema piezoelettrico Nordson PICO Pμlse (EFD), capace di jetting non-contact ad alta frequenza e depositi dell’ordine dei nanolitri; gli autori hanno formulato inchiostri specifici per ogni layer (LFP per il catodo, PVdF–Al₂O₃ per il separatore, grafite per l’anodo, con additivi conduttivi).
 

Prestazioni elettrochimiche
Il separatore PVdF–Al₂O₃ mostra stabilità e trasporto ionico comparabile a membrane commerciali (Celgard). L’anodo in grafite utilizza ~93% della capacità disponibile con efficienza coulombica media 99,99%. La cella completa è stata ciclata a C/20–C/2 con recupero rapido della capacità alle correnti più basse e profili di carica/scarica tipici delle LFP.
 

Novità rispetto agli approcci precedenti
Il gruppo aveva già mostrato componenti singoli stampati DoD (catodi LFP e anodi a base di silicio); qui realizza l’intera cella in sequenza DoD, includendo separatoro stampato. Questo chiude l’anello verso micro-batterie personalizzabili per sensori, dispositivi medicali ed elettronica flessibile.
 

Applicazioni e limiti attuali
La DoD è compatibile con geometrie complesse/MEMS e con un’ampia finestra di viscosità degli inchiostri; resta però il lavoro su scalabilità, post-processi termici, gestione dei leganti e ottimizzazione delle formulazioni per mantenere conducibilità, adesione e ciclaggio a lungo termine. Queste sfide sono note nella letteratura su stampa 3D per dispositivi di accumulo.
 

Dati e immagini chiave
SEM/EDS confermano interfacce nette tra catodo/separatore/anodo; i grafici riportano capacità specifica ai diversi C-rate, EIS dopo 25 cicli e profili carica-scarica tra il 5° e il 25° ciclo, in linea con celle LFP commerciali.
 

Ricadute per il settore
Integrare catodo-separatore-anodo con stampa DoD apre alla fabbricazione additiva di celle su misura, riducendo dipendenza da tecniche convenzionali (doctor-blade) e abilitando form factor non standard per oggetti intelligenti e sistemi embedded.