LINEA DI ATTIVITÀ
LA 2.15
Descrizione risultati raggiunti LA
Nel corso di questa LA, sono state messe a punto le procedure per l’implementazione della metodologia potenzialmente automatizzabile (proposta e validata nelle LA 2.13 e 2.14, rispettivamente) per la formulazione di inchiostri adatti alla stampa rotocalco di nastri catodici per batterie al litio. In particolare, sono stati ultimati i test sperimentali per la mappatura dei parametri chimico-fisici e di processo coinvolti nella formulazione e stampa degli inchiostri. I dati sperimentali ottenuti nel corso del progetto (LA 2.13, 2.14 e 2.15) sono stati utilizzati per la compilazione di file di metadati poi inseriti nella piattaforma IEMAP. Successivamente, è stato sviluppato un protocollo automatizzabile per la formulazione di inchiostri, finalizzato alla realizzazione di catodi per batterie al litio mediante stampa rotocalco. Infine, è stato sviluppato un software per la formulazione automatica degli inchiostri che si integra con la piattaforma IEMAP, interoperando con essa mediante opportune interfacce di programmazione. L’adozione di un siffatto codice semplifica e standardizza le procedure di formulazione degli inchiostri, oltre a rendere persistenti e riusabili i dati di processo, con un conseguente efficientamento dello sviluppo dei processi di stampa applicati alla produzione a basso costo di batterie.
Risultati attesi nel POA
L’impiego della metodologia potenzialmente automatizzabile, proposta per la formulazione di inchiostri adatti alla produzione di batterie stampate con rotocalco, può comportare una riduzione dei tempi di set-up e degli scarti correlati alle operazioni di prestampa, risultando in un risparmio economico in grado di facilitare e accelerare l’introduzione della stampa rotocalco nella produzione industriale di batterie a basso costo. Tali batterie garantiranno la continuità e persistenza dell’alimentazione di piccoli dispositivi (IoT, portatili, indossabili, …) che non richiederanno una connessione ininterrotta alla rete elettrica nazionale, con particolare vantaggio in tutti quegli scenari in cui l’accesso alla rete risulta tecnicamente difficoltoso o economicamente oneroso. Inoltre, le batterie studiate sono di tipo ricaricabile e rappresentano, quindi, una sorgente energetica sostenibile la cui introduzione in campo implica da un lato risparmi energetici a favore della rete elettrica nazionale e, dall’altro, una riduzione dell’impatto ambientale in termini di materie prime, scarti prodotti e rifiuti.
REFERENTE/I
Giuliano Sico – ENEA
Deliverable consegnati con questo LA
D2.17 – Rapporto tecnico: “Correlazione tra i parametri delle formulazioni e le caratteristiche degli strati stampati sulle informazioni/dati di processo scambiati con la piattaforma IEMAP concernenti il protocollo automatizzabile di preparazione di inchiostri per la produzione di catodi per batterie Li/Na attraverso la stampa rotocalco”.
Livello di innovazione
Il crescente interesse per le batterie stampate è alla base della presente ricerca che punta all’implementazione della stampa rotocalco nella produzione industriale di tali dispositivi. La rotocalco, infatti, è la tecnica di stampa più diffusa industrialmente, soprattutto nel campo dei processi produttivi di packaging e riviste: grazie alla sua capacità di coniugare alta velocità di produzione ad alta qualità di stampa, la stampa rotocalco è particolarmente promettente in applicazioni che richiedano la realizzazione a basso costo di strati funzionali, essendo caratterizzata dalla capacità di depositare strati omogenei e altamente riproducibili. Inoltre, i risultati ottenibili su scala laboratorio sono potenzialmente scalabili a livello industriale. Attualmente, il suo impiego è tuttavia ancora esclusivamente dedicato al settore della grafica. Infatti, a dispetto dei suoi possibili vantaggi, l’uso della stampa rotocalco è poco studiato per la produzione di batterie stampate, soprattutto a causa della necessità di formulare adeguati inchiostri a bassa viscosità, ovvero molto diluiti, che rendono difficile il raggiungimento di opportuni mass loading dello strato stampato, necessari, soprattutto nella produzione degli elettrodi, affinché il dispositivo eroghi le capacità desiderate. Di recente, il suo utilizzo è stato investigato con successo, su scala di laboratorio, per la produzione di elettrodi per batterie litio-ione. Pertanto, al fine di promuovere l’utilizzo industriale della tecnologia proposta si è reso necessario affrontare la sfida relativa alla formulazione di opportuni inchiostri.
In questo progetto, è stata proposta e validata sperimentalmente una metodologia automatizzabile per la formulazione di inchiostri basata sul Capillary number, sulla quale nulla è attualmente presente in letteratura, con lo scopo di facilitare l’industrializzazione del processo di produzione. In particolare, in questa LA, sono state sviluppate le procedure per l’implementazione della metodologia automatizzabile proposta nel caso di catodi per batterie al litio, sviluppando il protocollo automatizzabile e scrivendo un software dedicato, capace di interagire con la piattaforma IEMAP. Tale metodologia potrà consentire di ridurre notevolmente i tempi di set-up e lo spreco di materiali relativi alle operazioni di prestampa, favorendo quindi il possibile utilizzo industriale della tecnica rotocalco nella realizzazione a basso costo di batterie stampate. Il crescente interesse per le batterie stampate è alla base della presente ricerca che punta all’implementazione della stampa rotocalco nella produzione industriale di tali dispositivi. La rotocalco, infatti, è la tecnica di stampa più diffusa industrialmente, soprattutto nel campo dei processi produttivi di packaging e riviste: grazie alla sua capacità di coniugare alta velocità di produzione ad alta qualità di stampa, la stampa rotocalco è particolarmente promettente in applicazioni che richiedano la realizzazione a basso costo di strati funzionali, essendo caratterizzata dalla capacità di depositare strati omogenei e altamente riproducibili. Inoltre, i risultati ottenibili su scala laboratorio sono potenzialmente scalabili a livello industriale. Attualmente, il suo impiego è tuttavia ancora esclusivamente dedicato al settore della grafica. Infatti, a dispetto dei suoi possibili vantaggi, l’uso della stampa rotocalco è poco studiato per la produzione di batterie stampate, soprattutto a causa della necessità di formulare adeguati inchiostri a bassa viscosità, ovvero molto diluiti, che rendono difficile il raggiungimento di opportuni mass loading dello strato stampato, necessari, soprattutto nella produzione degli elettrodi, affinché il dispositivo eroghi le capacità desiderate. Di recente, il suo utilizzo è stato investigato con successo, su scala di laboratorio, per la produzione di elettrodi per batterie litio-ione. Pertanto, al fine di promuovere l’utilizzo industriale della tecnologia proposta si è reso necessario affrontare la sfida relativa alla formulazione di opportuni inchiostri.
In questo progetto, è stata proposta e validata sperimentalmente una metodologia automatizzabile per la formulazione di inchiostri basata sul Capillary number, sulla quale nulla è attualmente presente in letteratura, con lo scopo di facilitare l’industrializzazione del processo di produzione. In particolare, in questa LA, sono state sviluppate le procedure per l’implementazione della metodologia automatizzabile proposta nel caso di catodi per batterie al litio, sviluppando il protocollo automatizzabile e scrivendo un software dedicato, capace di interagire con la piattaforma IEMAP. Tale metodologia potrà consentire di ridurre notevolmente i tempi di set-up e lo spreco di materiali relativi alle operazioni di prestampa, favorendo quindi il possibile utilizzo industriale della tecnica rotocalco nella realizzazione a basso costo di batterie stampate.
Disseminazione
Pubblicazioni scientifiche:
M. Montanino, G. Sico. “Gravure Printing for Lithium-Ion Batteries Manufacturing: A Review”. Batteries 2023, 9, 535.
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico. “Gravure Printed Composites Based on Lithium Manganese Oxide: A Study Case for Li-Ion Batteries Manufacturing”. Macromolecular Symposia 2024, 413, 2400127.
Eventi di disseminazione:
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico. “Gravure printing for printed batteries manufacturing: the influence of the printing quality on the LFP based cathode functionality”; GEI 2023, 17-21 settembre 2023, Cefalù.
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico. “Gravure printed cathodes for lithium-ion batteries”; Nanoinnovation, 19-23 settembre 2023, Roma.
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico. “Advances in gravure printed Li/Na batteries“; Nanoinnovation, 9-13 settembre 2024, Roma. Pubblicazioni scientifiche:
M. Montanino, C. Paoletti, A. De Girolamo Del Mauro, G. Sico. “Advances in gravure printed Li/Na batteries“; Nanoinnovation, 9-13 settembre 2024, Roma.
