Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften übertreffen Graphen-Nanoröhren die Alternativen und sorgen für eine deutliche Verbesserung der Leistungsmerkmale von Lithium-Ionen-Batterien in Punkto Energiedichte, Sicherheit, Entladeleistung und Adhäsion.
Solche Leistungsverbesserungen für Kathoden der Lithium-Ionen-Batterien können nicht durch traditionelle leitfähige Materialien wie Ruß oder mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren erreicht werden.
TUBALL™ Graphen-Nanoröhren (auch als einwandige Kohlenstoffnanoröhren bezeichnet) haben eine Reihe einzigartiger Eigenschaften wie ein hohes Verhältnis von Länge zu Durchmesser, Flexibilität und die Fähigkeit, fortgeschrittene leitfähige verstärkende Netzwerke innerhalb aktiver Materialien zu schaffen. Dadurch können TUBALL™ Nanoröhren die Leistungsmerkmale von Lithium-Ionen-Batterien selbst bei niedrigsten Dosierungen verbessern.
Wie auf dem SEM-Bild deutlich zu sehen ist, werden die Oberflächen der Partikel des Aktivmaterials NMC811 schon mit nur 0,08% TUBALL™ Graphen-Nanoröhren perfekt miteinander verbunden.
Die TUBALL™ Graphen-Nanoröhren sind das leitfähigste Material, das in Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden kann, und selbst eine kleine Menge davon reicht aus, den Innenwiderstand der Batteriezelle (DCR) zu reduzieren. Die stabilen TUBALL™ Netzwerke bleiben im Kathodenmaterial selbst nach mehreren Lade-/Entladezyklen und Batterielagerungsperioden erhalten, was auch den DCR nach Lagerung und Betrieb unter hohen Temperaturen (HT) niedrig hält.
Ein niedrigerer DCR-Wert der Batterie führt zu einer geringeren Wärmespeicherung und somit zu einem geringeren Brandrisiko der Batterie. Das ist ein wichtiger Sicherheitsvorteil, der durch TUBALL™ Graphen-Nanoröhren ermöglicht wird.
Weniger als 0,1% TUBALL™ sorgt für eine höhere Energiedichte. Die erforderliche Konzentration an leitfähigen Additiven ist dadurch 10- bis 60-mal niedriger als mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren oder Ruß. In heutigen Batterien für Elektrofahrzeuge können 5 kg an leitfähigem Ruß durch nur 100 g TUBALL™ ersetzt werden.
Dank der unübertroffenen Leitfähigkeit von Graphen-Nanoröhren im Vergleich zu anderen leitfähigen Additiven wird, mittels TUBALL™ in Kathoden, eine schnelle Entladung bei gleichzeitiger Erhöhung der Batteriekapazität ermöglicht.
Das Netzwerk aus Nanoröhren hält die Partikel des Kathodenmaterials zusammen und erhöht die Bindefestigkeit zwischen ihnen.
Um die Anwendung von Graphen-Nanoröhren in LCO-, LFP- und NCM-basierte Kathoden und andere Arten von Kathoden zu erleichtern, hat OCSiAl das TUBALL™ BATT, ein gebrauchsfertiges Produkt, entwickelt, das die fachgerecht dispergierte Nanoröhren in verschiedenen Trägerflüssigkeiten enthält und bei einem normalen Herstellungsprozess einfach beigemischt werden kann.
Die unübertroffene Leitfähigkeit von TUBALL™ sorgt für verbesserte Sicherheit und Energiedichte der Batterie. TUBALL™ BATT ist jetzt in einer optimierten, preiswerteren Dispersionsform erhältlich.
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Wie funktionieren die Nanoröhren innerhalb einer Elektrode? (eng)
Batterien auf SWCNT-Basis: Gegenwart und Zukunft (Andrey Senyjt, OCSiAl Energy) (eng)
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High thickness and specific capacity leads to areal capacities of up to 45 and 30 mAh cm−2 for anodes and cathodes, respectively. Combining optimized composite anodes and cathodes yields full cells with state-of-the-art areal capacities (29 mAh cm−2) and specific/volumetric energies (480 Wh kg−1 and 1,600 Wh l−1).
Replacing Denka black with SWCNT allows to reduce the carbon content to 0.2 wt% to further increase the energy density, and 2 wt% of PVDF was shown to benefit the cycling stability due to the mitigated PVDF-induced side reactions from its direct contact with NCA particles.
100 μm thick electrodes with mass loadings 2 of ∼15 mg/cm2 were produced. While carbon black or graphene loadings of >10 wt % are required to reach OOP conductivities of 1 S/ m, this level can be achieved with ∼1 wt % of carbon nanotubes.
With minimum inactive components (i.e., binder and conductive agents), the proposed electrode structure delivers good cycling stability and rate capability under high areal loading (as high as 200 mg cm−2).
