L'industria automobilistica sta passando dai veicoli con motore a combustione interna a quelli elettrici, e l'elemento chiave dei veicoli elettrici sono le batterie agli ioni di litio. Gli specialisti dell'industria automobilistica da tempo cercano una tecnologia d'applicazione della nuova generazione delle batterie agli ioni di litio.
I nanotubi di grafene TUBALL™ (noti anche come nanotubi di carbonio a parete singola) sono la soluzione per le principali sfide tecnologiche che consistono nel migliorare i parametri delle batterie agli ioni di litio quali densità energetica, velocità di carica, ciclo di vita e prezzo.
C'è un problema fondamentale e finora irrisolto che riguarda l'espansione del silicio durante il processo di carica e scarica della batteria, cosa che porta alla formazione di fessure e alla perdita del contatto tra le particelle del materiale silicico.
Attualmente i nanotubi di grafene TUBALL™ sono l'unico materiale che crea ponti lunghi, flessibili e conduttivi che consentono un buon collegamento tra le particelle dell'anodo di silicio persino in caso di forte espansione del volume e di formazione di fessure.
Ciò consente di prevenire il guasto dell'anodo e di prolungare il suo ciclo di vita, così da soddisfare anche i più severi requisiti dei produttori delle auto elettriche.
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I produttori leader delle batterie agli ioni di litio hanno dimostrato che i nanotubi TUBALL™ consentono di creare anodi contenenti fino al 20% di SiO e che, quindi, possono assicurare una densità energetica da record fino a 300 Wh/kg e 800 Wh/l. Queste celle di batteria possono fornire fino a +15% di autonomia in più rispetto alle migliori celle di batteria agli ioni di litio sul mercato.
I risultati del team di R&D della società OCSiAl dimostrano che TUBALL™ consente l'aumento della percentuale di SiO nell'anodo fino al 90%; come conseguenza, la densità energetica è di 350 Wh/kg.
Grazie alle loro proprietà uniche, i nanotubi di grafene superano le alternative e migliorano significativamente le caratteristiche delle batterie agli ioni di litio in termini di densità energetica, sicurezza, potenza di scarica e adesione.
Tali miglioramenti prestazionali per i catodi delle batterie agli ioni di litio non possono essere effettuati con materiali conduttivi tradizionali quali il carbon black oppure i nanotubi di carbonio a parete multipla.
Scopri di più sui nanotubi TUBALL™ negli anodi e nei catodi.
La società OCSiAl, il più grande produttore al mondo dei nanotubi di grafene (nanotubi di carbonio a parete singola), ha sviluppato soluzioni pronte all'uso per gli anodi e i catodi.
Il materiale TUBALL™ BATT contiene nanotubi ben disperse in acqua o in NMP (n-metil-pirrolidone). Può essere semplicemente miscelato durante la lavorazione di produzione standard.
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.
