Gracias a sus propiedades intrínsecas y únicas, los nanotubos de grafeno tienen un mejor desempeño que las alternativas y ofrecen mejoras sustanciales en el rendimiento de las baterías de iones de litio en términos de intensidad energética, seguridad, potencia de descarga y adherencia.
Estas mejoras en el rendimiento de los cátodos de las baterías de iones de litio no pueden conseguirse con los materiales conductores tradicionales, como el negro de carbono o los nanotubos de carbono multipared (MWCNT).
Los nanotubos de grafeno TUBALL™ (también conocidos como nanotubos de carbono de pared única) tienen un conjunto de propiedades únicas, como una elevada relación longitud-diámetro, flexibilidad y la capacidad de crear redes de refuerzo conductoras dentro de los materiales activos. Esto permite que los nanotubos TUBALL™ aumenten el rendimiento de las baterías de iones de litio incluso con dosis de trabajo ultrabajas.
Como puede verse claramente en la imagen del microscopio electrónico de barrido, incluso el 0,08% de nanotubos de grafeno TUBALL™ en NCM 811 cubre perfectamente la superficie del material y conecta las partículas entre sí.
Al ser el material más conductor que puede utilizarse en la formulación de las baterías de iones de litio, incluso una pequeña cantidad de nanotubos de grafeno TUBALL™ es suficiente para reducir la resistencia interna de las celdas de la batería (DCR). Las redes estables de TUBALL™ se mantienen en el interior del material del cátodo incluso después de múltiples ciclos de carga-descarga de la batería y de períodos de almacenamiento de la misma, lo que permite mantener también la DCR a un nivel bajo— después del almacenamiento y los ciclos a alta temperatura (HT).
La menor DCR de la batería se traduce en una menor acumulación de temperatura y, por tanto, en un menor riesgo de incendio de la batería. Se trata de una ventaja de seguridad crucial que es posible gracias a los nanotubos de grafeno TUBALL™.
Menos del 0,1% de TUBALL™ proporciona una mayor intensidad energética. Esta concentración es entre 10 y 60 veces menor que la requerida cuando se utilizan nanotubos de carbono de pared múltiple o negro de carbón como material conductor. En un moderno paquete de baterías para vehículos eléctricos, 5 kg de negro de carbón conductor pueden ser sustituidos por sólo 100 g de TUBALL™.
Gracias a la inigualable conductividad de los nanotubos de grafeno en comparación con otros aditivos conductores, el uso de TUBALL™ en los cátodos permite lograr una descarga rápida y, al mismo tiempo, aumentar la capacidad de la batería.
Las redes de nanotubos mantienen unidas las partículas de material del cátodo, aumentando la fuerza de unión entre ellas.
Para facilitar la aplicación de los nanotubos de grafeno en los cátodos basados en LCO, LFP y NCM, así como en otros tipos de cátodos, OCSiAl ha desarrollado TUBALL™ BATT, un producto listo para usar que contiene nanotubos bien dispersos en diferentes soportes líquidos que pueden mezclarse fácilmente durante el proceso de fabricación estándar.
La inigualable conductividad de TUBALL™ permite mejorar la seguridad y la intensidad energética de las baterías. TUBALL™ BATT está ahora disponible en una forma de dispersión optimizada y más rentable.
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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).
