Nuovo design 3D per batterie integrate ad alta capacità
L’industria elettronica è caratterizzata da dispositivi sempre più piccoli e leggeri. Mentre la riduzione delle dimensioni relative ai componenti elettronici ha dato vita a un vero e proprio settore (microelettronica), l’assenza di alimentatori integrati sta inibendo lo sviluppo di nuovi prodotti in numerosi campi. Dato il crescente numero di sistemi MEMS in fase di sviluppo, il mercato è pronto per un rapido avanzamento nella fornitura di microalimentazioni. Nell’ambito del progetto SUPERLION (Superior energy and power density Li-ion microbatteries), finanziato dall’UE, gli scienziati hanno sviluppato soluzioni per questo ostacolo al progresso. I nanomateriali, caratterizzati da interessanti proprietà funzionali legate alle piccolissime scale di grandezza, hanno offerto nuove risorse grazie alle quali è possibile affrontare il problema. Il team del progetto SUPERLION ha studiato la sintesi e la fabbricazione di nuovi materiali per batterie nanostrutturati e componenti per microbatterie. Inoltre, sono state attuate tecniche correlate per migliorare le prestazioni delle batterie convenzionali agli ioni di litio. La struttura laminata 2D relativa alla maggior parte delle batterie convenzionali conduce ad un compromesso tra densità di energia e potenza. Le tecniche di fabbricazione dei micro e nanomateriali permettono di estendere l’approccio delle pellicole sottili alle tre dimensioni, dove le brevi lunghezze di diffusione e l’elevata area superficiale permettono di ottenere contemporaneamente energia e densità di potenza elevate. Il potenziale delle microbatterie 3D in termini di densità di energia per area di impatto ambientale è superiore di un ordine di grandezza rispetto alle batterie paragonabili con film sottile 2D. Lo sviluppo dell’architettura 3D della batteria dipende dalla creazione di una sottile pellicola con la stessa forma in grado sia di bloccare che di condurre gli ioni di litio. Gli scienziati hanno usato la tecnica dell’elettrodeposizione, eccellente per la formazione di elettroliti polimerici con pellicola sottile, su superfici microstrutturate. L’elettrodeposizione di elastomeri a base di polimero polietilene glicole diacrilato ha permesso la creazione di elettroliti con conducibilità ionica regolabile. Sono stati scelti tre tipi di batterie per la valutazione: una a base di litio-ferro-fosfato, una batteria flessibile e piatta, e due batterie ricaricabili a forma di bottone o moneta. Le caratteristiche relative a dimensioni e densità di energia sono state particolarmente promettenti. Per concludere, il progetto SUPERLION ha svolto importanti progressi nello sviluppo di microbatterie 3D ricaricabili aventi un impatto diretto su numerosi dispositivi microelettronici, tra cui configurazioni di microsensori, schede di identificazione, pacemaker/defibrillatori e sistemi di somministrazione dei farmaci. L’ottimizzazione dei risultati dovrebbe facilitare la commercializzazione.
Parole chiave
Densità di potenza, microbatterie, MEMS, dispositivi medici, SUPERLION, ioni di litio
