Grâce à leurs propriétés uniques, les nanotubes de graphène surpassent les autres solutions et améliorent considérablement les performances des batteries LI-Ion en termes de capacité énergétique, de sécurité, de capacité de décharge et d'adhésion.
Aucuns des matériaux conducteurs traditionnels tels que le noir de carbone ou les nanotubes de carbone multi-feuillets ne permettent pas d'améliorer les performances des cathodes des batteries LI-Ion.
Nanotubes de graphène TUBALL™ (également appelés nanotubes de carbone mono-feuillets) possèdent des propriétés uniques, telles qu'un rapport longueur/diamètre élevé, la flexibilité et la capacité de créer des réseaux de renforcement conducteurs avancés dans les matériaux actifs. Les nanotubes TUBALL™ peuvent ainsi améliorer les performances des batteries LI-Ion, même à des concentrations opérationnelles ultra-faibles.
D'après l'image obtenue au microscope électronique à balayage, seuls 0,08 % des nanotubes de graphène présents dans le matériau actif NCM 811 recouvrent parfaitement la surface du matériau actif et relient les particules entre elles.
Les nanotubes de graphène TUBALL™ sont le matériau le plus conducteur qui puisse être utilisé dans les batteries LI-Ion et même une petite quantité suffit à réduire la résistance interne de la cellule de la batterie (DCR). Les réseaux TUBALL™ solides sont maintenus dans le matériau de la cathode même après de multiples cycles de charge-décharge et des périodes de stockage de la batterie, ce qui permet également de maintenir un DCR sur le niveau faible après le stockage et le fonctionnement à des températures élevées (HT).
Une valeur de la DCR de batterie plus faible entraîne une moindre accumulation de chaleur et donc un moindre risque d'incendie de la batterie. C'est un avantage crucial en termes de sécurité, rendu possible par les nanotubes de graphène TUBALL™.
Moins de 0,1 % de TUBALL™ permet d'obtenir une densité énergétique plus élevée. Cette concentration est de 10 à 60 fois inférieure à celle nécessaire lors de l'utilisation de nanotubes de carbone multi-feuillets ou de noir de carbone comme matériau conducteur. Dans les batteries des véhicules électriques d'aujourd'hui, 5 kg de noir de carbone conducteur peuvent être remplacés par aussi peu que 100 g de TUBALL™.
Du fait de la conductivité incomparable des nanotubes de graphène par rapport aux autres additifs conducteurs, l'utilisation de TUBALL™ dans les cathodes permet une décharge rapide tout en augmentant la capacité des batteries.
Un réseau de nanotubes maintient les particules de matériau cathodique ensemble, augmentant ainsi la force de liaison entre elles.
Afin de faciliter l'incorporation de nanotubes de graphène dans les cathodes à base de LCO, LFP et NCM et d'autres types de cathodes, OCSiAl a développé TUBALL™ BATT, un produit prêt à l'emploi contenant des nanotubes dispersés dans divers supports liquides et peut être simplement mélangé dans les procédés de fabrication standard.
La conductivité incomparable de TUBALL™ offre une sécurité et une capacité énergétique accrues des batteries. TUBALL™ BATT est désormais disponible sous une forme de dispersion optimisée et plus rentable.
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Comment fonctionnent les nanotubes à l'intérieur d'une électrode? (eng)
Batteries à base de SWCNT: présent et futur (Andrey Senyut, 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).
