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3D Printing and 3D Systems printers 3D Printing and 3D Systems printers
Elettronica stampata 3D

Elettronica stampata 3D

giugno 23, 2014 in Novità

Negli ultimi anni si sta assistendo ad uno sforzo verso la miniaturizzazione di vari dispositivi da parte delle aziende: dagli impianti medicali, a droni delle dimensioni di insetti, micro-telecamere e microfoni fi no al settore delle telecomunicazioni e all’elettronica di consumo. Spesso però le batterie necessarie alla loro alimentazione non riescono a seguire questo trend e vanificano l’obiettivo di strumenti piccoli e affidabili, in quanto di dimensioni uguali o addirittura più grandi dei dispositivi stessi, oppure con autonomie ridicole.

Anche in questo settore lo stampaggio 3D può essere d’aiuto e offrire soluzioni dirompenti: presso l’Università di Harvard (Cambridge, Massachusetts), che per questo progetto si è aggiudicata il premio per la ricerca accademica, sono infatti riusciti a stampare microbatterie ricaricabili agli ioni di litio delle dimensioni di un granello di sabbia.

Le batterie in questione sono composte da elettrodi interlacciati in scala submillimetrica e mostrano livelli di energia e densità di potenza tra i più alti mai registrati. In totale occupano meno di un millimetro cubo, cioè mille volte più piccole delle più piccole batterie ricaricabili presenti oggi sul mercato. Fino ad oggi lo stato dell’arte delle micro batterie prevedeva elettrodi costituiti da film conduttivi ultra sottili, ma le loro ridotte dimensioni limitano la loro potenza e capacità di immagazzinare energia. Partendo dal presupposto che l’efficienza di una batteria dipende da quanto il suo volume è riempito da elettrodi attivi, i ricercatori sono giunti a definire una architettura interlacciata per ottenere quanti più elettroni nel minor spazio possibile. Per rendere possibile questa struttura hanno dovuto far ricorso al principio della fabbricazione additiva, per depositare strato dopo strato file di anodi e catodi. Per riuscire a produrre queste batterie è stata sviluppata una speciale stampante 3D in grado di depositare particolari inchiostri attraverso un ugello più stretto di un capello umano (30μm).

Gli inchiostri sono stati sviluppati per essere stampati coniugando le proprietà elettriche e chimiche necessarie e la possibilità di essere stampati 3D: quindi abbastanza fluidi per poter essere estrusi da un ugello ma indurire appena depositati. Per l’anodo è stato sviluppato un inchiostro contenente nanoparticelle di titaniato di litimentre per il catodo di litio-ferrososfato, disperse in una soluzione viscosa contenente glicerolo e derivati della cellulosa. Dopo che gli elettrodi sono stampati e asciutti, la cellula ottenuta viene scaldata per far indurire definitivamente l’inchiostro prima di essere racchiusa in un involucro in cui viene aggiunta una soluzione elettrolitica necessaria a far funzionare la batteria.

 

Il Progettista Industriale – Mattia Valle

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