El silicio es un material de ánodos muy deseado para las baterías de los vehículos eléctricos, ya que tiene una intensidad energética más de nueve veces superior a la de los ánodos de grafito actuales, lo que permite alcanzar una tasa de carga más rápida. Al cambiar significativamente la densidad de energía de una batería, los ánodos de silicio acortan la distancia en coste, tiempo de carga y autonomía entre los vehículos eléctricos y los de combustión interna.
Los fabricantes de automóviles se han comprometido a utilizar silicio en las baterías.
"El silicio es impresionante y barato", como se subrayó durante la presentación en Tesla Battery Day 2020.
"Es necesario cambiar la química de las celdas de grafito a silicio... mayor densidad de energía, menor recubrimiento de litio, carga más rápida", hace hincapié Oliver Blume, Presidente del Consejo de Administración de Porsche AG en el evento Volkswagen Power Day 2021.
"...el silicio puede conectar más iones de litio que el grafito", declaró en el Volkswagen Power Day 2021 Frank Blome, Jefe de la Unidad de Negocio de Celdas y Sistemas de Batería de Volkswagen Group Components.
Existe un problema fundamental y no resuelto con el silicio relacionado con su expansión durante la carga y descarga de la batería, lo que provoca grietas y pérdida de contacto entre las partículas de material de silicio.
Como resultado, una batería con silicio queda fuera de servicio muy rápidamente. Este problema impedía utilizar el silicio, el mejor material en términos de intensidad energética, en las formulaciones de las modernas baterías de iones de litio.
Los nanotubos de grafeno TUBALL™ cubren la superficie de las partículas de silicio y crean conexiones altamente conductoras y duraderas entre ellas. Estas conexiones son tan densas, largas, conductoras y fuertes que incluso cuando las partículas de silicio del ánodo se expanden y el material comienza a agrietarse, las partículas permanecen bien conectadas entre sí a través de los nanotubos de grafeno TUBALL™.
Esto evita que el ánodo quede fuera de servicio — la vida útil considerablemente mejorada es suficiente para cumplir incluso los requisitos más estrictos de los fabricantes de vehículos eléctricos.
Cuando se añaden al ánodo de silicio, los nanotubos de grafeno unen las partículas de silicio entre sí, incluso durante su expansión, y mantienen la conexión eléctrica. Esto evita la degradación de la batería.
¿Cómo funcionan los nanotubos dentro de un electrodo? (eng)
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
TUBALL™ es el único material actual que crea puentes largos, flexibles, conductores y resistentes para mantener las partículas del ánodo de silicio bien conectadas entre sí, incluso durante la expansión volumétrica y el agrietamiento severos.
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 densidades de energía de batería que baten récords: hasta 300 Wh/kg y 800 Wh/l. Esto permite la capacidad de carga rápida. 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 maximizar el contenido de SiO en el ánodo hasta el 90%, lo que dará lugar a una intensidad energética de 350 Wh/kg.
Las baterías con TUBALL™ ya están siendo producidas en serie por varios de los principales fabricantes de baterías de iones de litio.
Para facilitar el uso de los nanotubos de grafeno en aplicaciones de baterías, OCSiAl ha desarrollado el producto TUBALL™ BATT, listo para usar, que contiene nanotubos bien dispersos en varios vehículos líquidos y que puede mezclarse fácilmente durante los procesos de fabricación estándar.
TUBALL™ BATT H2O es una dispersión ultrafina de TUBALL™ en agua para ánodos de silicio de alta energía. Crea una red robusta dentro del ánodo de silicio y resuelve el problema clave de su degradación, lo que permite a los fabricantes de baterías de iones de litio utilizar por primera vez cantidades récord de silicio en las recetas de sus celdas y alcanzar los objetivos de intensidad energética deseados, además de desbloquear las capacidades de carga rápida.
Para solicitar una muestra de TUBALL™ BATT, por favor, haga clic en la ficha del producto que aparece a continuación.
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
¿Cómo funcionan los nanotubos dentro de un electrodo? (eng)
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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.
The all‐nanomat full cell shows exceptional improvement in battery energy density – 479 Wh/kg battery, and Si-anode capacity – 1166 mAh/g.
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).
Areal capacities greater than 10 mAh/cm2 and volumetric capacities greater than 1400 mAh/cm3 can be achieved.
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.
The best results overall are obtained with 0.5%wt SWCNT added to the active powder, which produced 800mAh/g after 250 cycles.
