Quale potenziale di innovazione offre l'uso del grafene per le batterie agli ioni di litio?
Una nuova pubblicazione che tratta dell'uso del grafene nelle batterie agli ioni di litio evidenzia il potenziale di questo materiale: Il grafene può migliorare significativamente le prestazioni delle batterie in futuro. Sebbene siano stati compiuti grandi progressi dal punto di vista tecnologico, l'uso su larga scala di componenti per batterie a base di grafene rimane una sfida. L'articolo "Graphene Roadmap Briefs No. 4", ora pubblicato sulla rivista specializzata 2D-Materials, evidenzia le tendenze principali dal 2017 e le prospettive future per la commercializzazione del grafene nella tecnologia delle batterie.
Il grafene è considerato un materiale promettente per l'ulteriore sviluppo delle batterie agli ioni di litio (LIB) grazie alle sue esclusive proprietà elettroniche, meccaniche e chimiche. Il documento recentemente pubblicato riassume i principali progressi e le sfide nello sviluppo e nella commercializzazione di batterie agli ioni di litio con componenti in grafene, con particolare attenzione agli anodi di silicio a base di grafene. La pubblicazione si basa su due roadmap tecnologiche elaborate dal Fraunhofer ISI per l'Iniziativa faro sul grafene dell'UE, che hanno analizzato gli sviluppi e le tendenze attuali in questo campo di applicazione.
Il grafene può migliorare le prestazioni e la sostenibilità delle batterie
I risultati sottolineano, ad esempio, che il grafene come additivo nei compositi di silicio e carbonio consente di aumentare la densità energetica delle batterie fino al 30%. Il grafene potrebbe anche offrire vantaggi per la capacità di ricarica rapida e contribuire a ridurre i tempi di ricarica. Inoltre, l'incorporazione del grafene negli anodi di silicio potrebbe migliorare ulteriormente la stabilità e quindi la durata e la sostenibilità delle batterie. Tuttavia, la stabilità degli anodi di silicio non è ancora pari a quella degli anodi convenzionali di grafite.
D'altra parte, attualmente mancano processi di produzione efficienti dal punto di vista dei costi per un'ampia applicazione sul mercato delle batterie a base di grafene e i prezzi del grafene e dei materiali correlati sono rimasti inaspettatamente alti in passato. Allo stesso tempo, le prestazioni delle batterie agli ioni di litio sono in costante miglioramento, la quota di veicoli elettrici è in crescita e la costruzione di impianti europei per la produzione di celle sta progredendo. Ciò aumenta le possibilità di introdurre nuovi materiali come il grafene, in particolare per le applicazioni che ottimizzano le prestazioni.
"Assistiamo a un continuo interesse per le soluzioni basate sul grafene nel settore delle batterie, ma vediamo anche che le batterie agli ioni di litio diventano sempre più efficienti e costantemente ottimizzate in termini di costi e prestazioni. Il fattore decisivo per l'uso del grafene nelle batterie agli ioni di litio è la rapidità con cui i componenti delle batterie a base di grafene possono essere integrati nei processi di produzione industriale e la possibilità di stabilire una catena di approvvigionamento stabile e basata sulle esigenze", spiega Maximilian Stephan, primo autore della pubblicazione. E continua: "Ciò richiede strategie coordinate per rendere utilizzabili su scala industriale i benefici scientificamente dimostrati".
Guardando al futuro, la pubblicazione sottolinea che numerose start-up e aziende stanno lavorando su approcci innovativi alla produzione di grafene, anche se alcune perseguono strategie molto diverse: Alcune si concentrano sullo sviluppo di metodi di produzione economici e su larga scala per il grafene meno puro. Altre aziende puntano all'uso di grafene di elevata purezza per applicazioni specifiche, dove le prestazioni possono giustificare il prezzo potenzialmente più elevato. In termini di prezzo futuro del grafene, lo studio vede un potenziale di riduzione dei costi attraverso l'aumento della produzione e il miglioramento dei processi produttivi.
Prospettive future e ulteriori esigenze di ricerca
Nonostante le numerose sfide, gli autori del Fraunhofer ISI ritengono che la futura penetrazione di mercato del grafene nella tecnologia delle batterie sia possibile. Un campo di applicazione promettente potrebbe essere la produzione di compositi di silicio-grafene per batterie speciali, in quanto offrono vantaggi tecnologici e possono migliorare le prestazioni degli anodi a base di silicio, ad esempio. Inoltre, si sta studiando il grafene come potenziale componente per le batterie al litio-solfuro, che potrebbero rappresentare un'alternativa alle LIB convenzionali nel lungo termine.
Secondo gli autori, l'ulteriore sviluppo dipende fortemente dalla ricerca e dalla cooperazione industriale. Innanzitutto, è necessario portare avanti la maturità di mercato dei componenti a base di grafene e la loro commercializzazione e valutare costantemente le prestazioni del grafene rispetto a materiali alternativi ad alte prestazioni. Per aumentare la penetrazione del mercato, è necessaria una stretta collaborazione tra i produttori di materiali, i produttori di batterie, l'industria automobilistica e la ricerca. I prezzi più elevati potrebbero essere giustificati da elevati vantaggi aggiuntivi e dalla focalizzazione sulle applicazioni ad alte prestazioni.
In sintesi, si può affermare che Il grafene rimane un materiale promettente per l'industria delle batterie, anche se deve ancora entrare nel mercato su larga scala. I progressi nella ricerca sui materiali e la creazione di una catena europea di produzione e di valore delle batterie potrebbero aprire la strada a un maggiore utilizzo nel medio termine. Se si riuscirà a migliorare ulteriormente la scalabilità, tra qualche anno il grafene potrebbe svolgere un ruolo importante come materiale per le batterie.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Tedesco può essere trovato qui.
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