Gegenwärtig liegen Elektrofahrzeuge noch in allen wesentlichen Schlüsseleigenschaften hinter Verbrennungsmotoren (ICEs) zurück. Das hindert sie daran, sich wirklich durchzusetzen.
TUBALL™ Graphen-Nanoröhren (auch als einwandige Kohlenstoffnanoröhren bekannt) sind die Lösung für die grundlegende technologische Herausforderung, die Leistungsparameter von Lithium-Ionen-Batterien wie Energiedichte, Laderate, Lebensdauer und Kosten zu verbessern.
Das grundlegende und ungelöste Problem mit Silizium ist dessen Ausdehnung bei der Ladung und Entladung der Batterie, was zu Rissen und Kontaktverlusten zwischen den Silizium-Materialpartikeln führt.
TUBALL™ Graphen-Nanoröhren bedecken die Oberfläche der Siliziumpartikeln und schaffen elektrisch leitfähige und dauerhafte Verbindungen zwischen ihnen. Diese Verbindungen sind so dicht, lang, leitfähig und stark, dass selbst wenn sich die Siliziumpartikel in der Anode ausdehnen und das Material Risse bekommt, die Partikel durch die TUBALL™ Graphen-Nanoröhren fest miteinander verbunden bleiben. Dadurch wird verhindert, dass die Anode ausfällt – die deutlich verlängerte Lebensdauer reicht aus, um selbst die strengsten Anforderungen der Elektrofahrzeughersteller zu erfüllen.
Die führenden Hersteller von Lithium-Ionen-Batterien haben bewiesen, dass es jetzt mit Hilfe von TUBALL™ Nanoröhren möglich ist, die Anoden mit 20 % SiO im Inneren herzustellen und damit Rekordenergiedichten von Batterien zu erreichen – bis zu 300 Wh/kg und 800 Wh/l. Solche Akkumulatorzellen können eine bis zu 15 % höhere Reichweite liefern als die besten Lithium-Ionen-Akkuzellen auf dem Markt!
Die Ergebnisse der OCSiAl-Abteilung zeigen, dass es möglich ist, den Gehalt an SiO in den Anoden bis auf 90 % zu erhöhen, was zu einer spezifischen Energiedichte von 350 Wh/kg und 1.350 Wh/l führt.
Dank ihren einzigartigen intrinsischen Eigenschaften übertreffen die Graphen-Nanoröhren ihre Konkurrenz und bieten eine erhebliche Verbesserung der Kennwerte von Lithium-Ionen-Batterien hinsichtlich der Entladekapazität, Energiedichte, Haftung und Sicherheit. Solche Leistungsverbesserungen von Kathoden an Lithium-Ionen-Batterien können mit herkömmlichen leitfähigen Zusätzen wie Ruß oder mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren nicht nachgewiesen werden.
Erfahren Sie mehr über TUBALL™ in Anoden und Kathoden.
OCSiAl, der weltweit größte Hersteller von Graphen-Nanoröhren (einwandigen Kohlenstoffnanoröhren), hat gebrauchsfertige Lösungen sowohl für Anoden als auch für Kathoden entwickelt. TUBALL™ BATT enthält gut dispergierte Nanoröhren in Wasser oder NMP und kann einfach während des Standardherstellungsprozesses eingemischt werden.
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.
