Impresión 3D para la fabricación de baterías Ion-Li

En  la Universidad de Harvard (liderados por Jennifer A. Lewis)  han diseñado un nuevo método de fabricación de baterías Li-ion que combina las indudables bondades de la tecnología (existente) de micro-impresión 3D con una nueva “tinta” nanotecnlológica que ellos mismos han desarrollado. Veámoslo con más detalle.

El proceso de fabricación completo consta de cuatro fases que se describen en la imagen inferior y que, a su vez, requieren de cierta preparación previa:

a) Current collector (el colector de corriente). En esta fase, se prepara la parte de recopilación de energía de la batería para su posterior conexionado. Para ello, se dispone sobre un cristal (glass) de alta pureza un patrón de oro (Au) o cobre (Cu) que puede ser creado utilizando un proceso de fotolitografía, un método común en la industria microelectrónica b) Impresión del ánodo. Esta fase requiere un proceso previo de preparación del material a utilizar. El equipo de Harvard decidió utilizar un ánodo de LTO (metatitanato de Litio), tecnología que se utiliza regularmente en aplicaciones comerciales a día de hoy. No obstante, el uso de este tipo de ánodos está adaptado al proceso de fabricación basado en moldes, que es el predominante en la industria, por lo que, de ningún modo, era posible utilizar este polvo metálico en una impresora 3D. c) Impresión del cátodo. El proceso de preparación y aplicación de esta fase es idéntico al anterior, lo único que se modifica es el material a utilizar, que en este caso es LFP (ferrofosfato de Litio o LiFePO₄), muy común en la fabricación de baterías tradicionales de Li-ion. d) Empaquetado. Última fase del proceso que es perfectamente adaptable al uso de la batería. Puede incluir elementos de conexionado o simplemente aislar la batería con un encapsulado plástico o de cristal.

Una vez finalizado el proceso, la batería se solidifica a temperatura ambiente y está lista para su uso, evitando el tratamiento de alta temperatura que se utiliza en baterías de Li-ion tradicionales. El producto final son microbaterías de Li-ion de 1 mm3 en las primeras pruebas, que es el tamaño aproximado de un grano de arena y unas 1000 veces inferior al volumen de las baterías comerciales más pequeñas que se pueden encontrar en el mercado.

La posibilidad que nos brinda esta tecnología es doble; por un lado puede ofrecer una solución energética excepcional para el desarrollo de nuevos dispositivos microscópicos, como sensores biomédicos o microdrones. Por otro, al ser esta tecnología escalable, abre nuevas posibilidades en el campo del autoconsumo o de las tecnologías móviles.