Nadchodzi koniec klasycznych akumulatorów. Baterie z drukarki 3D przyjmą dowolny kształt!

Wyobraź sobie smartfon, którego cała obudowa jest jednym wielkim akumulatorem, albo drony latające o jedną trzecią dłużej tylko dlatego, że prąd płynie wewnątrz ich skrzydeł. Ta futurystyczna wizja staje się rzeczywistością dzięki nowej generacji ogniw zasilających, które można wytwarzać za pomocą drukarek 3D w niemal dowolnym, nawet najbardziej skomplikowanym kształcie. Ta przełomowa technologia integralnych magazynów energii ma potencjał, by całkowicie przedefiniować sposób, w jaki projektujemy elektronikę użytkową, militarną oraz miniaturowe drony.

Rewolucja w projektowaniu. Kiedy obudowa staje się źródłem zasilania

Przez ostatnie dekady rozwój technologiczny w dziedzinie zasilania opierał się niemal wyłącznie na poszukiwaniu nowych reakcji chemicznych. Inżynierowie dążyli do upakowania jak największej ilości energii w sztywno określonych, tradycyjnych formach – cylinderkach, popularnych „paluszkach” czy płaskich, litowo-polimerowych woreczkach. Drukowanie baterii w 3D podchodzi do problemu od zupełnie innej, czysto konstrukcyjnej strony. Zamiast zmuszać projektantów do dopasowywania urządzeń do wielkości baterii, nowa technologia pozwala dopasować baterię do wolnej przestrzeni wewnątrz urządzenia.

W praktyce oznacza to gigantyczny skok wydajnościowy dla całego segmentu wearables i mikromobilności. Energetycznym buforem mogą stać się na przykład zauszniki inteligentnych okularów albo puste przestrzenie wewnątrz ramion nowoczesnych dronów. Jak donosi The Wall Street Journal, zainteresowanie tym tematem w świecie nauki jest wręcz gigantyczne. Mimo ogromnego boomu i tysięcy publikacji naukowych, komercyjne wdrożenie tej technologii wciąż stawia przed inżynierami spore wyzwania. Nowe koncepty muszą bowiem nie tylko konkurować cenowo z masowo produkowanymi, tanimi ogniwami, ale też spełniać rygorystyczne normy bezpieczeństwa, żywotności i gęstości energii.

Formuła 1 i wojskowe kontrakty. Kto stoi na czele technologicznego wyścigu?

Na fali tego ogromnego zainteresowania wyrastają pionierskie startupy, które próbują przenieść laboratoryjne sukcesy do masowej produkcji. Jednym z liderów tego wyścigu jest amerykańska firma Material Hybrid Manufacturing z Miami. Na jej czele stoi były inżynier zespołu Formuły 1 Mercedes-AMG, który połączył siły z naukowcem badającym technologię druku strukturalnego podczas doktoratu na Duke University. Ich startup z powodzeniem wydrukował już pierwsze wielomateriałowe komórki akumulatorowe, co błyskawicznie przyciągnęło uwagę inwestorów oraz… armii.

Firma otrzymała niedawno zastrzyk świeżego kapitału ryzykownego oraz prestiżowy kontrakt rozwojowy od Sił Powietrznych USA. W ramach tego projektu inżynierowie mają stworzyć dedykowane, zintegrowane z kadłubem baterie do bezzałogowych statków powietrznych znanej marki Teledyne Flir. Szacunki są imponujące: dzięki optymalnemu zagospodarowaniu dotychczas pustych przestrzeni wewnątrz struktury drona, jego pojemność energetyczna może wzrosnąć o około 35%. Dla maszyn zwiadowczych oznacza to drastyczne wydłużenie czasu misji i realną przewagę na polu walki.

Alternatywne podejście. Sakuu stawia na redukcję kosztów produkcji

Zupełnie inną, ale równie fascynującą strategię przyjął kalifornijski startup Sakuu. Zamiast skupiać się na drukowaniu kompletnych baterii w wymyślnych kształtach, inżynierowie z Doliny Krzemowej postanowili wykorzystać technologię druku 3D do zrewolucjonizowania samych linii produkcyjnych. Ich celem jest unowocześnienie i zastąpienie poszczególnych, najbardziej problematycznych etapów tworzenia ogniw.

Sakuu dąży przede wszystkim do wyeliminowania niezwykle energochłonnych i długotrwałych procesów suszenia komponentów, które generują ogromne koszty w tradycyjnych fabrykach baterii. Zastosowanie precyzyjnego druku strukturalnego pozwala na pominięcie tych etapów, co w teorii ma drastycznie obniżyć końcową cenę akumulatorów nowej generacji. To podejście pokazuje, że technologie przyrostowe mogą uzdrowić rynek energetyczny nie tylko pod kątem designu, ale też czystej ekonomii produkcji.

Najpierw wojsko, potem smartfony w naszych kieszeniach

Eksperci rynkowi są zgodni co do tego, jak będzie wyglądać komercyjna ścieżka adaptacji drukowanych baterii. W pierwszej kolejności technologia ta na stałe zagości w sektorze militarnym oraz kosmicznym, zasilając m.in. drony. W tych branżach wysokie koszty początkowe nowych rozwiązań schodzą na dalszy plan, ustępując miejsca bezwzględnym wymaganiom dotyczącym redukcji wagi sprzętu i maksymalizacji osiągów. Dopiero gdy technologia dojrzeje, a koszty jej skalowania spadną, spersonalizowane, ukryte w strukturze urządzeń baterie trafią do masowej elektroniki użytkowej. Czeka nas przyszłość, w której martwienie się o brak miejsca na większą baterię w smartfonie odejdzie do lamusa.