SK si vanta di aver sostituito nei prodotti LFP i nanotubi presenti nella pasta con polvere. Si tratta probabilmente della prima conferma ufficiale riguardo all’uso dei nanotubi.

Il produttore sudcoreano di cellule e batterie Li-ion, SK On, ha annunciato di essere riuscito a produrre catodi per cellule LFP in cui i nanotubi presenti nella pasta sono stati sostituiti da nanotubi in forma di polvere. Potrebbe non sembrare qualcosa di particolarmente impressionante, ma in realtà spiega molto riguardo ai colossali progressi osservati negli ultimi anni nel settore delle cellule litio-ferro-fosfato prodotte in Cina.

La situazione delle cellule LFP diventa un po’ più comprensibile

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La situazione delle cellule LFP diventa un po’ più comprensibile

Come funziona la carica di una cellula Li-ion

I nanotubi ufficialmente confermati

Come funziona la carica di una cellula Li-ion

All’inizio di questa decade, le cellule litio-ferro-fosfato (LFP) presentavano una bassa densità energetica e si caricavano lentamente; i loro principali vantaggi rispetto ai Li-NCM erano una degradazione leggermente più lenta e un prezzo inferiore. Dal 2024, le cellule LFP cinesi stanno stabilendo record in termini di velocità di carica: la loro densità energetica ha raggiunto livelli paragonabili a quelli dei Li-NCM, mentre i prezzi non solo non sono aumentati, ma sono addirittura diminuiti. Una dichiarazione di SK On, a cui ha avuto accesso il portale The Elec, fornisce molte spiegazioni in merito.

Flusso di ioni di litio durante la carica. Si vedono la catodo (a sinistra) e l’anodo (a destra) (c) US DoE

Il processo di carica della cella Li-ion consiste nel pompaggio degli ioni di litio dalla catodo all’anodo. Le anode sono composte principalmente da grafite, la cui struttura è costituita da vaste piastre di atomi di carbonio con una grande quantità di spazio tra di essi. Non vi è scattering. Quando un ione di litio cade in una tale fessura, su entrambi i lati si trovano enormi spazi che si estendono all’orizzonte [secondo la sua scala], in cui può fissarsi esattamente lì dove gli arriva un elettrone.

Tuttavia, questi ioni di litio devono pur provenire da qualche parte: devono diffondersi dalla catodo. Il problema è che le catodi sono strutture cristalline molto più complesse (nella figura sopra: verdi, a sinistra). Affinché gli ioni di litio possano staccarsene, devono percorrere dei percorsi tortuosi. Fino ad ora non era chiaro come i cinesi fossero riusciti a far sì che le loro catodi rilasciassero ioni a un ritmo così rapido. Almeno ufficialmente, poiché erano emerse ipotesi riguardo a nanotubi, a uno strato SEI arricchito e precedentemente formato, o ad ioni di litio liberi che si diffondono nell’elettrolita.

Nanotubi ufficialmente confermati

Ora alcune informazioni su SK On, che probabilmente ha sottratto i migliori cellule cinesi durante lo sviluppo delle proprie LFP: “nelle catodi utilizziamo nanotubi”. Questi, precedentemente applicati sotto forma di pasta (ovvero con l’uso di solventi), ora sono sotto forma di polvere. Non c’è dubbio che i coreani abbiano copiato la loro “scoperta” dai cinesi, poiché questi ultimi sono leader mondiali nella produzione di cellule LFP. In altre parole: le cellule LFP cinesi possono essere caricate con potenze così elevate (=le catodi rilasciano rapidamente gli ioni di litio) perché le aziende cinesi hanno utilizzato in esse nanotubi. Questi svolgono la funzione di autostrade, tubi attraverso cui gli ioni di litio possono essere espulsi verso l’esterno della catodo senza dover percorrere la struttura cristallina.

SK On è stata pronta per la produzione di cellule LFP solo nel 2023

Non è chiaro se i nanotubi siano presenti anche nelle anodi, ma lì potrebbe essere più importante un’altra forma di carbonio: il grafene [ipotesi estreme della redazione di Elektrowoz]. La sua rete che avvolge i grani di grafite permette di aumentare la densità di energia attraverso la contaminazione con silicio (Si/C), poiché protegge le strutture dall’esplosione causata dagli ioni di litio. SK non ne fa pubblicità, ma sappiamo comunque che i produttori cinesi di batterie caricano da tempo le anodi con silicio, che oggi costituisce già diversi percentuali del materiale dell’elettrodo.

Per quanto riguarda la scoperta stessa di SK On: l’uso di nanotubi in polvere invece che in pasta permette di omettere la fase di riscaldamento dell’elettrodo per evaporare il solvente. A quanto pare i nanotubi possono essere semplicemente mescolati con il materiale catodico, compressi e il loro funzionamento è altrettanto efficace rispetto a quello delle paste. Questo è importante perché il riscaldamento è un processo energeticamente intenso, mentre con catodi secchi tale procedura diventa del tutto superflua.

Nanotubi ordinati al microscopio (c) Meijo Nano Carbon, fonte: BusinessWire

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