Tesla può sostituire la cella al litio con il grafene in futuro?

La tecnologia attuale, all'anodo, si chiama litio-ione; il materiale anodico dominante è la grafite. "Le celle al litio, a livello commerciale, sono attualmente non ricaricabili. C'è una ricerca considerevole per rendere le celle al litio ricaricabili, ma tali celle non sono attualmente disponibili. Si potrebbe dire che una cella al litio è la prossima generazione, se e quando riusciremo a farla funzionare.

Sostituire il sistema attuale, di grafite, con il grafene, è una questione interessante. Il grafene ha una conducibilità fenomenale per unità di peso, ma non immagazzina quantità significative di litio. Il grafene è generalmente impregnato con altri materiali, come Si, Ge o Sn, che hanno un'alta capacità di litio, ma scarsa conducibilità; rendendo questo anodo un composito. Il grafene viene sfruttato come matrice conduttrice di elettroni e ospite strutturale di piccoli domini cristallini di questi materiali ad alta capacità.

Queste tecniche hanno molto senso se sono desiderabili tassi di carica/scarica rapidi, poiché l'eccellente conduttività del grafene e la bassa resistenza ionica dovuta a un anodo sottile offrono il potenziale di grandi prestazioni di tasso. Nelle applicazioni in cui questo è rilevante (ricarica online per veicoli pesanti, stoccaggio stazionario per la regolazione della frequenza), il grafene potrebbe essere utile. Questi sono piccoli mercati e non costituirebbero un vero sostituto degli ioni di litio.

In applicazioni dove l'alta capacità è importante, l'anodo sottile non si confronta bene con la tecnologia attualmente in commercio. Elettrodi sottili significano un'alta massa inattiva (collettore di corrente in rame, separatore in plastica) per unità di anodo; questo appesantisce la cella e come tale riduce la sua capacità gravimetrica (kWh/kg) specifica, per non parlare dell'ingrandimento della cella a causa della maggiore superficie richiesta per ottenere lo stesso litio immagazzinato (kWh/L). Questo rende il grafene un materiale anodico povero per applicazioni che richiedono dispositivi di stoccaggio leggeri (automotive, aerospaziale) o piccoli (indossabili, elettronica).

Il grafene è interessante, ma non sarà una significativa SOSTITUZIONE del mercato per i materiali anodici o le matrici strutturali anodiche.

Il grafene è stato esplorato in altri modi, come la stratificazione lungo il separatore o il catodo, ma questo non è una sostituzione dei sistemi attuali tanto quanto un loro miglioramento. Se andiamo avanti e chiamiamo queste "batterie al grafene" a causa di questo ritocco, dovremmo giustificare l'inclusione di questo passo di elaborazione potenzialmente costoso con specifiche di prestazioni migliorate. Non sono a conoscenza di tali miglioramenti, o dell'interesse dell'industria per l'adozione del grafene in questo modo.