Кремниевые аноды с нанотрубками: достичь 300 Вт·ч/кг и 800 Вт·ч/л


Кремний в анодах – ключ к энергоемкости. Почему?

Чтобы электромобиль имел большую дальность пробега, его аккумулятор должен быть способен хранить достаточно энергии и в то же время не должен слишком много весить и занимать много места. Для этого требуется высокая энергоемкость.

Заветная цель в отрасли – выйти за рамки 300 Вт·ч/кг и 800 Вт·ч/л. Однако на сегодняшний день даже лучшие ячейки на рынке демонстрируют лишь 260 Вт·ч/кг и 700 Вт·ч/л (тип 21700). Требуется существенное улучшение.

Чтобы достичь этой цели и даже выйти за ее пределы, необходимо использовать анодные и катодные активные материалы с наивысшей плотностью энергии.

Для катода, это материалы с высоким содержанием никеля, такие как NCA, NCM 811, NCM 622. Лучший, и едва ли не единственный эффективный, активный материал для анода – кремний (а также материалы на основе кремния, такие как SiO и SiOx).

Кремний может хранить более чем в 10 раз больше энергии, чем графит, который традиционно использовался в качестве активного материала в аноде: 4200 мА·ч/г против 370 мА·ч/г. Таким образом, переход с графитовых анодов на кремниевые резко повысит энергоемкость аккумулятора.

Каждый производитель литий-ионных аккумуляторов использовал бы кремний вместо графита в рецептах своих аккумуляторных ячеек, однако этому препятствует фундаментальная и до недавнего времени нерешенная проблема кремния.

Фундаментальная проблема кремния

Во время зарядки и разрядки аккумулятора кремний значительно увеличивается в объеме – до 300%, что приводит к его растрескиванию. В результате теряется контакт между частицами кремниевого материала анода. Поэтому аккумуляторы на основе кремния очень быстро выходят из строя.

Эта проблема делает невозможным использование кремния, лучшего по энергоемкости материала, в рецептах современных литий-ионных аккумуляторов.  

Графеновые нанотрубки TUBALL™ – ключ к использованию кремния

Графеновые нанотрубки TUBALL™ (или одностенные углеродные нанотрубки) решают ключевую и фундаментальную проблему кремниевых анодов. Благодаря своей непревзойденной электропроводности, высокой прочности, гибкости, рекордному отношению длины к диаметру и способности образовывать трехмерные сети внутри материалов при сверхнизких концентрациях, при введении в анод на основе кремния графеновые нанотрубки TUBALL™ покрывают поверхность частиц и создают между ними высокопроводящие и прочные связи.

Эти соединения настолько плотные, длинные, электропроводные и прочные, что даже когда частицы кремниевого анода расширяются в объеме и начинают трескаться, графеновые нанотрубки удерживают их связанными. Это предохраняет анод от преждевременного выхода из строя – нанотрубки увеличивают срок его службы до уровня, соответствующего строгим требованиям производителей электромобилей.

Принцип работы

Благодаря их высокой проводимости, гибкости и рекордному отношению длины к диаметру, даже небольшое количество графеновых нанотрубок полностью покрывает поверхность электрода.


How do nanotubes work inside an electrode?


На сегодняшний день TUBALL™ – единственное эффективное решение проблемы кремниевых анодов.

Сети нанотрубок TUBALL™ внутри электрода решают проблему кремниевых анодов и существенно увеличивают их срок службы – до 4 раз. Только TUBALL™ позволяет создавать аккумуляторы с высоким содержанием кремния, срок службы которых соответствует строгим требованиям индустрии электромобилей и электроники.

Сегодня, кремниевые аноды = аноды на основе TUBALL™

Использование TUBALL™ в кремниевых анодах высокой емкости становится стандартом индустрии.

Ведущие производители литий-ионных аккумуляторов доказали, что сегодня с нанотрубками TUBALL™ возможно создать аноды с 20%-ным содержанием SiO, емкостью 600 мА·ч и сроком службы 1500 циклов.


Используя аноды с таким высоким содержанием кремния, уже сегодня можно достичь рекордной энергоемкости аккумуляторов, равной 300 Вт·ч/кг и 800 Вт·ч/л.

Завтра

Результаты, которые уже получены R&D-командой OCSiAl, доказали, что содержание SiO в аноде может быть увеличено до 90%, что приведет к росту энергоемкости до 350 Вт·ч/кг и 1350 Вт·ч/л.

E-nable energy

TUBALL™ BATT – готовый к использованию продукт для анодов.

TUBALL™ BATT H2O — это первое готовое к применению решение на основе нанотрубок TUBALL™, которое эффективно решает главную проблему Si/C анодов. Графеновые нанотрубки TUBALL™ обеспечивают непревзойденную электропроводность для Si/C анодов уже при концентрации 0,05 %. При добавлении к Si/C анодам ультратонкие и стабильные графеновые нанотрубки в TUBALL™ BATT H2O полностью покрывают и электрически связывают частицы Si/C анода в процессе зарядки и разрядки аккумулятора даже при самых напряженных условиях циклирования, характерных для работы электромобилей.

Для подробной информации о TUBALL™ BATT обратитесь к карточке продукта ниже или свяжитесь с нами.


Связанные продукты

BATT H2O
Tuball
BATT H2O
Водная дисперсия одностенных углеродных нанотрубок с добавлением диспергирующего агента. Используется в качестве проводящей добавки для литий-ионных аккумуляторов

Применения

Источники тока

Материалы

Аноды

Носители

вода, PVP, CMC, PAA, другой

BATT H2O

Связанные видео

How do nanotubes work inside an electrode?

Batteries e-nabled by SWCNTs: present and future (Andrey Senyut, OCSiAl Energy)


Свяжитесь с нами, чтобы обсудить технические требования вашего проекта или запросить образец

СВЯЗАТЬСЯ