Il grafene verrà utilizzato nei veicoli elettrici (EV)?

Jul 07, 2023

Cos'è il grafene? Il grafene è un materiale bidimensionale composto da un unico piano di atomi con proprietà straordinarie. A differenza di altri materiali stratificati, il grafene è costituito da atomi disposti su un unico piano, rendendolo un materiale veramente bidimensionale. Quando questi strati bidimensionali vengono impilati in più strati, si forma la grafite.

Lo spessore può variare a seconda di fattori quali l'impilamento e l'interazione con i substrati. Il comportamento meccanico del grafene è determinato dalle sue dimensioni fisiche e dai moduli elastici, tipicamente misurati e caratterizzati attraverso vari metodi sperimentali e teorici.

Grafene per lo stoccaggio dell'energiaL'ampia area superficiale del grafene consente un numero maggiore di siti attivi, facilitando maggiori reazioni elettrochimiche e aumentando la capacità di accumulo di energia nelle batterie per veicoli elettrici al grafene.

Materiali a base di grafene per batterie flessibili per veicoli elettrici al grafene Uno studio del 2019 discute l'uso di materiali a base di grafene per batterie flessibili. In questo studio vengono esplorate diverse architetture macroscopiche del grafene, tra cui fibre, pellicole e aerogel. I film di grafene dimostrano flessibilità e vengono utilizzati come collettori di corrente nelle batterie agli ioni di litio (LIB), migliorando la densità di energia e la durata del ciclo.

Le strutture tridimensionali (3D) di grafene, come idrogel e aerogel, offrono un'ampia superficie e un'elevata porosità, migliorando il caricamento del materiale attivo e l'accessibilità agli elettroliti. Gli elettrodi a base di grafene si dimostrano promettenti nelle LIB, nelle batterie agli ioni di sodio (SIB), nelle batterie multivalenti agli ioni metallici (ZIB, AIB) e nelle batterie al litio-zolfo (batterie Li-S).

Gli elettrodi flessibili di grafene mostrano un'eccellente stabilità meccanica, elevata capacità, prestazioni di velocità e durata ciclica, che li rendono adatti a varie applicazioni nei sistemi flessibili di accumulo di energia. Sono necessarie ulteriori ricerche per ottimizzare e sviluppare anodi flessibili per le batterie Li-S.

Architettura basata su grafene con nanofibre di carbonio e nanofiocchi di bisolfuro di molibdeno (MoS2) Le batterie agli ioni di sodio devono affrontare sfide in termini di stabilità a lungo termine e capacità ad alta velocità. Per superare questi problemi, i ricercatori in uno studio del 2019 hanno sviluppato un’architettura basata sul grafene con nanofibre di carbonio (CNF) a penetrazione verticale e nanofiocchi di bisolfuro di molibdeno (MoS2) cresciuti in situ. Questa struttura compenetrata di grafene migliora l'integrità meccanica e la conduttività elettrica.

La batteria risultante mostra prestazioni elettrochimiche eccezionali, tra cui una capacità specifica di 598 mAh g−1, stabilità ciclica a lungo termine fino a 1000 cicli ed eccellenti prestazioni di velocità anche a densità di corrente elevate. L'ampia superficie del grafene, l'elevata conduttività e la resistenza meccanica lo rendono un materiale in carbonio ideale per le applicazioni nelle batterie. L’architettura unica del grafene compenetrato del CNF con MoS2 è promettente per lo sviluppo di batterie agli ioni di sodio ad alte prestazioni con stabilità e capacità di velocità migliorate.

Vantaggi delle batterie per veicoli elettrici al grafeneLe batterie per veicoli elettrici al grafene presentano molti vantaggi rispetto alle batterie tradizionali utilizzate nei veicoli elettrici.

Ricarica più veloce Una delle principali preoccupazioni associate alle tradizionali batterie per veicoli elettrici rispetto alle batterie per veicoli elettrici al grafene è il tempo necessario per caricare queste batterie, poiché le tradizionali batterie agli ioni di litio impiegano diverse ore per raggiungere la carica completa, limitando la comodità e l’usabilità dei veicoli elettrici. Le batterie EV al grafene offrono una soluzione a questa sfida consentendo tempi di ricarica più rapidi consentendo un rapido trasporto degli ioni attraverso i materiali degli elettrodi della batteria. I ricercatori prevedono che con il grafene potrebbe presto essere possibile caricare un veicolo elettrico in pochi minuti anziché in ore.

Dissipazione termicaLa migliore conduttività termica delle batterie per veicoli elettrici al grafene aiuta a dissipare il calore in modo più efficiente durante i cicli di carica e scarica, riducendo il rischio di surriscaldamento, migliorando la sicurezza delle batterie per veicoli elettrici al grafene, affrontando le preoccupazioni relative agli incendi delle batterie e garantendo un sistema di accumulo di energia affidabile e sicuro.