{"id":2568,"date":"2021-09-03T12:28:17","date_gmt":"2021-09-03T12:28:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/?p=2568"},"modified":"2025-07-11T07:54:04","modified_gmt":"2025-07-11T07:54:04","slug":"i-laser-usp-rivoluzionano-la-tecnologia-delle-batterie-e-dellidrogeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.publiteconline.it\/applicazioni-laser\/i-laser-usp-rivoluzionano-la-tecnologia-delle-batterie-e-dellidrogeno\/","title":{"rendered":"I laser USP rivoluzionano la tecnologia delle batterie e dell\u2019idrogeno"},"content":{"rendered":"\n

I laser ultraveloci sono diventati uno strumento di produzione standard per l\u2019industria dei display, con applicazioni ancora maggiori e ancora pi\u00f9 grandi in arrivo nei prossimi anni. La tecnologia e i processi necessari per queste nuove applicazioni sono stati presentati al 6\u00b0 \u201cUKP-Workshop: Ultrafast Laser Technology\u201d, tenuto dal Fraunhofer Institute for Laser Technology<\/a> ILT ad Aachen il 21 e 22 aprile scorsi. Il loro spettro spaziava da sorgenti di fascio ultra-potenti a processi che possono essere utilizzati per allargare mille volte la superficie di un elettrodo metallico, per la generazione di idrogeno.<\/h2>\n\n\n\n

Ogni due anni dal 2011, gli esperti di laser USP, ovvero laser ultra-corti pulsati, si incontrano ad Aachen per scambiare idee e discutere le tendenze dell\u2019industria e della ricerca in un\u2019atmosfera unica. Quest\u2019anno, l\u2019evento di networking ha avuto luogo online per le note vicende legate alla pandemia.
Il Fraunhofer ILT ha fatto di necessit\u00e0 virt\u00f9 e ha sfruttato l\u2019occasione per visite virtuali ai laboratori, che prima non erano fattibili in un evento dal vivo, dato che in passato erano davvero numerosi i partecipanti.<\/p>\n\n\n\n

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A partire dall\u2019estate 2021, i processi laser per la produzione di batterie saranno studiati al Fraunhofer ILT in un centro dedicato alle batterie. Nella foto: un impianto roll-to-roll.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Record mondiali per le sorgenti<\/h3>\n\n\n\n

I temi centrali dell\u2019UKP-Workshop, cos\u00ec il nome tedesco, includono gli sviluppi delle sorgenti, la conoscenza dei processi e le potenziali applicazioni. Nel decimo anno di questa serie di workshop, c\u2019\u00e8 stato di nuovo un notevole progresso da segnalare in tutti questi campi.
Nel campo delle fonti di fascio, la Fraunhofer-Gesellschaft sta stabilendo degli standard globali con il suo Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS. Il record mondiale \u00e8 detenuto da un laser in fibra coerentemente accoppiato dal Fraunhofer IOF di Jena: 10 kW di potenza media. Al Fraunhofer ILT di Aachen, un sistema da 5 kW sar\u00e0 pronto per l\u2019uso quest\u2019estate, come riferito dal direttore dell\u2019istituto, il professor Constantin H\u00e4fner. Una novit\u00e0 qui, il laser \u00e8 pompato con sei invece di due fasci a ogni lastra. Alla fine, 6 kW di potenza di pompaggio a diodi diventano 2 kW di potenza USP per stadio di amplificazione. Sia a Jena che ad Aachen, le sorgenti sono a disposizione dei partner industriali e delle parti interessate per le prove nei laboratori applicativi CAPS.
Sulla questione di quando tale potenza diventer\u00e0 standard nell\u2019industria, il Dr. Rudolf Weber dell\u2019Universit\u00e0 di Stoccarda ha presentato una statistica interessante: la potenza media dei sistemi USP sia nell\u2019industria che nella ricerca \u00e8 raddoppiata ogni tre anni negli ultimi 20 anni. Secondo queste statistiche, l\u2019introduzione di sistemi multi-kW nei processi industriali standard pu\u00f2 essere prevista entro il 2025. \u00c8 gi\u00e0 prevedibile che i nuovi processi laser con tali sorgenti per la microstrutturazione delle superfici apriranno nuovi mercati.
L\u2019importanza delle nuove sorgenti laser per la ricerca non pu\u00f2 essere sopravvalutata, come ha spiegato il Prof. H\u00e4fner nella sua prospettiva. Come \u201cfonti secondarie\u201d per raggi X, elettroni o fasci di particelle a impulsi brevi, apriranno possibilit\u00e0 completamente nuove per la medicina, la fisica delle particelle o la scienza dei materiali.<\/p>\n\n\n\n

Nuova conoscenza del processo<\/h3>\n\n\n\n

Sono almeno 30 anni che la ricerca studia come la radiazione laser USP interagisce con i materiali, ma solo recentemente sono state sviluppate delle finestre di processo affidabili per le applicazioni industriali. Un esperto in questo campo \u00e8 Beat Neuenschwander dell\u2019Universit\u00e0 di Scienze Applicate di Berna, che ha presentato nuovi risultati al workshop USP di quest\u2019anno. Questa volta si \u00e8 occupato della lavorazione del silicio e di altri materiali semiconduttori con impulsi singoli e multipli (burst). Nel caso del silicio, i burst possono aumentare significativamente il tasso di ablazione, dove il numero di impulsi e la lunghezza d\u2019onda hanno effetti diversi per materiali differenti. Indagini dettagliate su come i burst hanno un impatto sull\u2019ablazione dei metalli sono state presentate da Daniel F\u00f6rster della LightPulse LASER PRECISION GmbH di Stoccarda, e da Norman Hodgson della Coherent, Inc. Nella sua presentazione, Hodgson ha fatto un corso intensivo sui parametri di processo per nove materiali, tre lunghezze d\u2019onda, diverse durate d\u2019impulso e frequenze di scoppio. Dai vari esperimenti \u00e8 stato in grado di ricavare una \u201cGuida alla selezione della lunghezza d\u2019onda per la lavorazione laser ultraveloce\u201d.
La dottoressa Roswitha Giedl-Wagner della GFH GmbH ha discusso un effetto particolarmente critico dell\u2019emissione di raggi X nell\u2019uso dei laser industriali USP. GFH costruisce macchine laser per la lavorazione di micromateriali con laser ultraveloci per una vasta gamma di applicazioni.
Di conseguenza, misura le emissioni e adatta di conseguenza i concetti di protezione, poich\u00e9 l\u2019attuale ordinanza sulla radioprotezione mette spesso in discussione la fattibilit\u00e0 dei processi pi\u00f9 semplici. Inoltre, una procedura di approvazione elaborata \u00e8 ancora in fase di sviluppo. La buona notizia: un alloggiamento in acciaio di 1 mm protegge gi\u00e0 l\u2019utente dalle radiazioni emesse.
Non solo le sorgenti di raggi, ma anche i sistemi ottici dei laser USP hanno dimostrato di essere un importante motore di innovazione negli ultimi anni.
Georg K\u00f6nig della cattedra di tecnologia dei sistemi ottici TOS della RWTH Aachen University ha riassunto nella sua presentazione i progressi degli ultimi due anni. Oltre ai sistemi multiraggio sempre migliori, ha esaminato come interi processi e nuove ottiche (elementi ottici diffrattivi, modulazione spaziale della luce, fasci di Bessel) possono essere simulati e come la tecnologia associata pu\u00f2 essere messa in pratica.<\/p>\n\n\n\n

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Con il laser USP, la superficie degli elettrodi di idrogeno pu\u00f2 essere ingrandita pi\u00f9 di mille volte.\t<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Altre applicazioni nel settore dei semiconduttori<\/h3>\n\n\n\n

Oltre alla discussione sulla conoscenza dei processi, la presentazione di nuove applicazioni \u00e8 una preoccupazione centrale dell\u2019UKP-Workshop. Il Dr. Koji Sugioka del RIKEN in Giappone ha dato un\u2019ampia panoramica proprio all\u2019inizio. Dal punto di vista del processo, sono stati fatti dei progressi nella strutturazione, nella foratura e nel taglio (specialmente nel taglio a cubetti), che a loro volta stanno stimolando le applicazioni commerciali nell\u2019industria dei semiconduttori e in quella automobilistica. Vede anche grandi prospettive per i processi ibridi, dove la precisione dei laser USP combinata con la velocit\u00e0 di altri tipi di laser permette una maggiore produttivit\u00e0. Per gli usi futuri dei laser USP, Sugioka vede come promettenti la nanostrutturazione delle superfici e la sintesi di nuovi materiali come i diamanti a vuoto di azoto (NV) per la tecnologia quantistica.
Le applicazioni nell\u2019industria dei semiconduttori sono state presentate dal Dr. Kees Biesheuvel della ASM Laser Separation International. Importante in questo settore \u00e8 l\u2019ablazione dei wafer di silicio, dove il laser USP lavora con precisione micrometrica e non provoca crepe. I sistemi sono anche indispensabili per l\u2019ablazione precisa dei rivestimenti, un processo che semplifica notevolmente i successivi processi di separazione. I sistemi sono utilizzati sia nella produzione di semiconduttori che nell\u2019industria dei display.<\/p>\n\n\n\n

La lucidatura laser<\/h3>\n\n\n\n

La lucidatura laser rappresenta un nuovo campo di applicazione nella tecnologia USP. Astrid Sa\u00dfmannshausen del Fraunhofer ILT ha presentato la catena di processo completa per questa lavorazione. In questo processo, \u00e8 importante fondere la superficie e non ablarla. Con parametri di processo adeguati, la rugosit\u00e0 della superficie pu\u00f2 essere ridotta su un ampio spettro in un processo a due fasi e si pu\u00f2 ottenere una rugosit\u00e0 inferiore a 0,1 \u00b5m. Nuove sorgenti di fascio da kW e raffiche fino alla gamma dei GHz miglioreranno ulteriormente la produttivit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n

Laser USP per l\u2019energia del futuro<\/h3>\n\n\n\n

Le tecnologie delle batterie e dell\u2019idrogeno costituiscono un settore emergente molto ampio in cui i laser USP possono essere applicati. Nella sua presentazione, il Dr. Karsten Lange del Fraunhofer ILT ha mostrato sia l\u2019ambiente che esempi concreti di ci\u00f2. Nella tecnologia dell\u2019idrogeno, ci sono diversi punti di partenza. Il pi\u00f9 impressionante \u00e8 certamente l\u2019ampliamento della superficie effettiva dell\u2019elettrodo di un fattore 1600 attraverso la strutturazione laser, che lo scienziato \u00e8 stato in grado di ottenere.
La tecnologia delle batterie oggi \u00e8 tutta incentrata sull\u2019aumento sia della densit\u00e0 di energia che della densit\u00e0 di potenza e i processi laser vengono sviluppati per far progredire entrambi i campi. Ad alte densit\u00e0 di potenza (cio\u00e8, processi di carica o scarica veloce), la separazione del litio \u00e8 attualmente un problema. Il laser USP pu\u00f2 essere usato per introdurre micropori negli elettrodi delle batterie, mitigando cos\u00ec il problema. La tecnologia sar\u00e0 studiata al Fraunhofer ILT in uno speciale laboratorio di batterie a partire dall\u2019estate 2021. Cruciale per l\u2019introduzione diffusa dei laser USP nella produzione di batterie e celle a combustibile sar\u00e0 la scalabilit\u00e0 della potenza delle sorgenti del fascio. Per una produttivit\u00e0 superiore, sono necessari laser USP da 5 a 10 kW.<\/p>\n\n\n\n

Prospettive per il 2023<\/h3>\n\n\n\n

I laser USP hanno preso piede nell\u2019industria, ma l\u2019attuale UKP-Workshop ha anche mostrato quante conoscenze di processo sono ancora in fase di sviluppo per portare il pieno potenziale alla produzione. \u201cL\u2019obiettivo finale sarebbe una fresatrice laser digitale universale in grado di gestire una vasta gamma di compiti di lavorazione\u201d, cos\u00ec il Prof. Arnold Gillner, organizzatore del workshop, ha riassunto la visione.
Alti tassi di ripetizione, alta potenza e come portare la potenza in modo efficiente sul pezzo – queste sono parole chiave che sicuramente avranno un ruolo nel prossimo UKP-Workshop il 26 e 27 aprile 2023 ad Aachen. \u201cAllora speriamo di incontrarci di nuovo di persona\u201d, ha concluso il co-organizzatore Martin Reininghaus, esprimendo il desiderio di tutti i partecipanti. <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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