La industria automovilística está pasando de los coches con motor de combustión interna a los vehículos eléctricos, y las baterías de iones de litio son el elemento clave de estos últimos. La industria automovilística lleva mucho tiempo buscando la tecnología para impulsar una nueva generación de baterías de iones de litio.
Los nanotubos de grafeno TUBALL™ (también conocidos como nanotubos de carbono de pared única) son la solución al gran reto tecnológico de mejorar los parámetros de las baterías de iones de litio, como la intensidad energética, la tasa de carga, la vida útil y el coste.
Existe un problema fundamental y hasta ahora no resuelto con la expansión del silicio durante la carga y la descarga de la batería, que conduce al agrietamiento y a la pérdida de contacto entre las partículas de material de silicio.
Los nanotubos de grafeno TUBALL™ son el único material que actualmente crea puentes largos, flexibles, conductores y resistentes puentes de unión para mantener las partículas de ánodo de silicio bien conectadas entre sí, incluso durante la expansión volumétrica y el agrietamiento severos.
Esto evita que el ánodo quede fuera de servicio — la vida útil considerablemente mejorada es suficiente para cumplir con los requisitos más estrictos de los fabricantes de vehículos eléctricos.
Los principales fabricantes de baterías de iones de litio han demostrado que los nanotubos TUBALL™ permiten hoy en día crear ánodos con un 20% de SiO en su interior y alcanzar así una intensidad energética que bate récords: hasta 300 Wh/kg y 800 Wh/l. Estas celdas de batería pueden ofrecer una autonomía hasta un +15% mayor que las mejores celdas de batería de iones de litio del mercado.
Los resultados del equipo de investigación y desarrollo de OCSiAl muestran que TUBALL™ permite aumentar el contenido de SiO en el ánodo hasta el 90%, lo que da lugar a una intensidad energética de 350 Wh/kg.
Gracias a sus propiedades intrínsecas y únicas, los nanotubos de grafeno tienen un mejor desempeño que las alternativas y ofrecen mejoras sustanciales en el rendimiento de las baterías de iones de litio en términos de intensidad energética, seguridad, potencia de descarga y adherencia.
Estas mejoras en el rendimiento de los cátodos de las baterías de iones de litio no pueden conseguirse con los materiales conductores tradicionales, como el negro de carbono o los nanotubos de carbono multipared (MWCNT)
Explore más sobre los nanotubos TUBALL™ en anodos y catodos.
OCSiAl, el mayor fabricante mundial de nanotubos de grafeno (nanotubos de carbono de pared única), ha desarrollado soluciones listas para usar tanto para ánodos como para cátodos.
TUBALL™ BATT contiene nanotubos bien dispersos en agua o NMP (n-metilpirrolidona). Estos puede mezclarse fácilmente durante el proceso de fabricación estándar.
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
How do nanotubes work inside an electrode?
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The pitch-derived soft carbon and SWCNTs provided an excellent conductivity, and the porous structure of the composite accommodated the stress produced by the Si expansion.
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).
The all‐nanomat full cell shows exceptional improvement in battery energy density – 479 Wh/kg battery, and Si-anode capacity – 1166 mAh/g.
The use of SWCNT conductive additive enables graphite-free SiO electrodes with 74% higher volumetric energy and superior full-cell cycling compared to graphite electrodes.
Areal capacities greater than 10 mAh/cm2 and volumetric capacities greater than 1400 mAh/cm3 can be achieved.
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.
