Energia: ENEA all'avanguardia nelle batterie stampate con tecnologia rotocalco

ENEA ha stampato per la prima volta batterie agli ioni di litio e sodio utilizzando la tecnica “rotocalco”, molto diffusa nel settore del packaging e nella stampa di giornali, riviste e valuta. Alcuni dei risultati di queste applicazioni sono stati pubblicati su Batteries[1] e potrebbero aprire la strada a una produzione di batterie più economica e sostenibile, grazie a un ridotto consumo di materiali e di energia. Questa tecnica, infatti, abbina alta produttività a un’elevata qualità di stampa, ideale per la produzione di batterie ricaricabili di piccole dimensioni per l’elettronica portatile e indossabile. L’attività è stata finanziata da Ricerca di Sistema Elettrico 2019-2021 e 2022-2024 e Mission Innovation, con nuovi finanziamenti previsti anche nel Piano triennale della Ricerca di Sistema Elettrico 2025-2027.

“Il processo è particolarmente utile per la realizzazione di strati funzionali sottili e uniformi su ampie superfici, nonché per lo studio di nuovi materiali, in cui il metodo di deposizione è tanto cruciale quanto il materiale stesso”, spiega la coordinatrice dello studio Maria Montanino, ricercatrice del Laboratorio ENEA Tecnologie e dispositivi per l’accumulo elettrochimico del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili.

La necessità di utilizzare inchiostri molto diluiti[2] ha reso finora la stampa rotocalco poco interessante per il settore delle batterie: ma i ricercatori ENEA sono riusciti ad ottenere un’elevata qualità di stampa grazie allo sviluppo di inchiostri con il giusto equilibrio tra viscosità e carico di massa[3].

Dopo aver stampato elettrodi per batterie al litio, i ricercatori di ENEA hanno esteso la tecnica anche alle batterie agli ioni di sodio[4], un’alternativa promettente grazie all’abbondanza e al basso costo di questo elemento rispetto al più costoso e ‘critico’ litio. In questo ambito, è stata sperimentata anche la produzione di anodi con stampa rotocalco utilizzando come materiale il carbonio duro.

“Abbiamo scelto questo materiale per le sue caratteristiche di resistenza e stabilità che sono essenziali per prolungare la vita delle batterie. Macinato a lungo (circa 3 ore), questo materiale acquisisce una struttura più uniforme che migliora il processo di carica/scarica della batteria. Questo significa che per migliorare ancora, dovremo continuare a lavorare sul materiale e sulla porosità dello strato stampato per incrementare l’efficienza del processo di ossido-riduzione, ossia di carica e scarica. Continueremo a perfezionare materiali e prestazioni, puntando anche a facilitare l’implementazione della stampa rotocalco nella produzione industriale di batterie ricaricabili”, conclude Montanino.

[1] Per la stampa delle batterie al sodio: https://www.mdpi.com/2313-0105/10/11/407

[2] Viscosità inferiore a 100 milliPascal-secondo (mPa·s).

[3] Quantità di materiale attivo contenuto nell’elettrodo per unità di superficie.

[4] Nel dettaglio dei numeri, i primi risultati dello studio ENEA mostrano che l’anodo stampato della batteria agli ioni di sodio ha una capacità iniziale di accumulo di energia di 400-440 milliampereora per grammo (mAh/g), per stabilizzarsi successivamente intorno a 120 milliampereora per grammo (mAh/g) per oltre 100 cicli dopo l’ottimizzazione del materiale.