Le silicium est un matériau clé pour les anodes des batteries de véhicules électriques, car il a une densité énergétiquede plus de neuf fois supérieure à celle des anodes en graphite existantes, permettant un débit de charge plus élevé. En modifiant de manière significative la capacité énergétique de la batterie, les anodes de silicium comblent le fossé existant entre les véhicules électriques et les véhicules à moteur thermique tant au niveau du coût, du débit de charge et de l’autonomie.
Les fabricants d'automobiles s'efforcent d'utiliser le silicium dans les batteries.
« Le silicium est excellent et ne coûte pas cher », — a été noté lors de la présentation Tesla Battery Day 2020.
«Il faut convertir la structure chimique des cellules de graphite en silicium... haute densité énergétique, moins de dépôt de lithium, charge plus rapide», — relève Oliver Blum, président du comité exécutif de Porsche AG, lors de l'événement Volkswagen Power Day 2021.
«…Le silicium peut lier plus d'ions lithium que le simple graphite », — remarque Frank Blome, responsable des batteries et systèmes chez Volkswagen Group Components, lors du Volkswagen Power Day 2021.
Il existe un problème fondamental et non résolu de dilatation de silicium pendant la charge et la décharge, qui entraîne des fissures et une perte de contact entre les particules de silicium.
Par conséquent, la pile à silicium s'épuise très rapidement. Ce problème rend impossible l'utilisation de silicium, le meilleur matériau consommateur d'énergie, dans les batteries LI-Ion actuelles.
Nanotubes de graphène TUBALL™ recouvrent la surface des particules de silicium et forment entre elles des combinaisons hautement conductrices et résistantes. Ces combinaisons sont suffisamment fortes, longues, conductrices et solides pour que même lorsque les particules de silicium de l'anode se dilatent et que le matériau commence à se fissurer, les particules connectées d’une façon fiable par les nanotubes de graphène TUBALL™.
Cela empêche l'anode de tomber en panne et prolonge considérablement sa durée de vie — suffisamment pour répondre aux exigences les plus strictes des constructeurs de véhicules électriques.
Une fois ajoutés à une anode de silicium, les nanotubes de graphène relient les particules de silicium entre elles, même lorsqu'elles se dilatent, maintenant ainsi le contact électrique. Cela permet d'éviter la destruction de la batterie.
Comment fonctionnent les nanotubes à l'intérieur d'une électrode? (eng)
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
TUBALL™ est actuellement le seul matériau qui forme des ponts longs, flexibles, conducteurs et durables qui maintiennent la connexion entre les particules de l’anode de silicium, même en cas d'expansion volumétrique et de fissures sévères.
Les principaux fabricants de batteries LI-Ion ont prouvé que les nanotubes TUBALL™ permettent d'obtenir des anodes contenant jusqu'à 20 % de SiO et donc d'offrir des capacités énergétiques de record, jusqu'à 300 Wh/kg et 800 Wh/l. Cela permet une charge rapide. Ces cellules de batterie peuvent avoir une autonomie supérieure de +15 % à celle des meilleures batteries LI-Ion disponibles sur le marché.
Les résultats de l'équipe de R&D d'OCSiAl montrent que TUBALL™ permet d'augmenter au maximum la teneur en SiO de l'anode jusqu'à 90 %, ce qui permet d'obtenir une capacité énergétique de 350 Wh/kg.
Accumulateurs à TUBALL™ sont déjà produites en série avec un certain nombre de grands fabricants de batteries LI-Ion.
Afin de faciliter la mise en œuvre des nanotubes de graphène dans les batteries, OCSiAl a mis au point un produit prêt à l'emploi, TUBALL™ BATT, qui contient des nanotubes dispersés dans divers préparations liquides et peut être simplement mélangé dans les procédés de fabrication standard.
TUBALL™ BATT H2O — est une dispersion ultrafine de TUBALL™ dans l'eau pour les anodes de silicium à haute énergie. Cette technologie génère un réseau solide à l'intérieur de l'anode en silicium et résout le problème fondamental de la dégradation de l'anode, ce qui permet aux fabricants de batteries lithium-ion d'utiliser des quantités record de silicium dans la composition des cellules et d'atteindre pour la première fois des capacités énergétiques ciblées, tout en ouvrant des capacités de charge rapide.
Pour demander un échantillon de TUBALL™ BATT, cliquez sur la fiche produit ci-dessous.
Electric car rEVolution: why graphene nanotubes will be inside next-gen batteries
Comment fonctionnent les nanotubes à l'intérieur d'une électrode? (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.
