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Sep 07, 2023

Materiali della batteria

Electric vehicle consumers desire increased range and fast charging to get back

I consumatori di veicoli elettrici desiderano una maggiore autonomia e una ricarica rapida per tornare rapidamente sulla strada. Immagazzinare più energia in relazione al peso e al volume e accettare tassi di carica più elevati aumentano i requisiti di prestazioni, stabilità e sicurezza dei materiali. Una più ampia adozione dei veicoli elettrici richiede un migliore utilizzo dei materiali lungo la catena di fornitura.

META sta sviluppando nuovi materiali per batterie e tecniche di produzione per affrontare tutte queste sfide.NCORE™ I collettori di corrente in composito polimerico, realizzati con la tecnologia proprietaria di rivestimento sotto vuoto ad alta velocità PLASMAfusion®, riducono significativamente il peso, aggiungendo al contempo una funzionalità di sicurezza simile a un fusibile. I separatori ceramici NPORE® presentano una contrazione termica <1% per una maggiore sicurezza e offrono prestazioni elettrochimiche superiori.

I collettori di corrente sono componenti essenziali delle batterie agli ioni di litio, costituiti da fogli di alluminio (Al) e rame (Cu) rispettivamente per il catodo e l'anodo. Collettivamente, gli attuali collettori rappresentano circa il 15% della massa totale delle celle della batteria e non contribuiscono attivamente alla capacità della batteria. L'Al ha una densità bassa di 2,70 g/cm3 mentre il Cu è molto più pesante, pari a 8,96 g/cm3, tanto che i collettori di corrente in lamina di Cu rappresentano oltre il 10% del peso di una tipica batteria agli ioni di litio.

Un substrato di plastica PET/PEN, rivestito con strati sottili (150-250 nm) di Cu su ciascun lato e ponti metallici incorporati per la conduttività passante, promette la stessa funzionalità e lo stesso costo del foglio di rame, fornendo allo stesso tempo numerosi vantaggi. Il peso è ridotto di circa l'85% e lo spessore ridotto consente una maggiore quantità di materiale attivo, aumentando l'energia e la densità di potenza. In caso di fuga termica, la plastica si scioglie, migliorando la sicurezza ritardando l'autoaccensione della batteria. Un contenuto di rame inferiore riduce il consumo di energia per produrre la batteria e migliora il riciclaggio.

NPORE® è il primo separatore a membrana nanoporosa ceramica flessibile e indipendente al mondo per batterie agli ioni di litio. I separatori NPORE® eliminano l'uso del substrato in plastica, forniscono funzionalità superiori ed eccezionale resistenza al calore per le batterie agli ioni di litio attuali e di prossima generazione.

Le caratteristiche di NPORE® includono:

Il separatore e i collettori di corrente (CC) costituiscono alcuni dei componenti fondamentali di ogni batteria agli ioni di litio (LIB). Pur non partecipando direttamente alla cinetica dell'elettrochimica, questi componenti passivi sono un fattore determinante della sicurezza, delle prestazioni, della longevità, del peso e del volume di una cella. Diminuendone il peso o il volume entro un intervallo in cui le loro funzionalità non vengono influenzate negativamente è possibile migliorare direttamente l'energia gravimetrica o volumetrica e la densità di potenza di una cella. Nella presentazione seguente, presentiamo un nuovo approccio per migliorare la sicurezza e le prestazioni delle LIB di varie dimensioni e caratteristiche chimiche che utilizza due componenti passivi intelligenti di prossima generazione, vale a dire un composito metallo-polimero CC (NCORE™) e una ceramica nanoporosa separatore (NPORE®). NCORE™ è fabbricato rivestendo un substrato polimerico di 6 μm di spessore con un sottile strato (250 nm) di rame (Cu) metallico su ciascun lato. In questo processo di metallizzazione vengono incorporati anche elementi di Cu ad alta densità (ponti) all'interno del substrato. Il materiale risultante mostra una maggiore conduttività sia nelle direzioni nel piano che fuori dal piano. Funzionando come un fusibile intelligente, NCORE™ impedisce alla corrente di spunto aggiuntiva di innescare una fuga termica che può potenzialmente portare a un incendio pericoloso che è estremamente difficile da estinguere in una cella quando la sua temperatura interna supera i 250°C. Eliminando fino al 90% del Cu contenuto in un tipico CC, NCORE™ riduce il peso della batteria e ne migliora le prestazioni e la riciclabilità. NPORE® è un separatore ceramico proprietario, robusto e nanoporoso altamente resistente alla fusione e al restringimento. Nel caso di un cortocircuito interno tra gli elettrodi, che può essere causato da un dendrite o da un altro difetto, NPORE® non si allontana dalla posizione del difetto, impedendo al calore causato dal cortocircuito di propagare una fuga termica. La combinazione di NCORE™ e NPORE® offre una soluzione di sicurezza innovativa per LIB con un'ampia gamma di sostanze chimiche e fattori di forma.