Graphen-Batterie: Was heute real ist und wo Graphen hilft

Von Frans Alkemade, CEO, Graphene Integrations

Shop: Größen, SKUs und Datenblatt für das Graphen-Batterieadditiv finden Sie in unserem Shop, oder sehen Sie sich alle Graphenprodukte an.

Schlagzeilen zur „Graphen-Batterie" versprechen Smartphones, die in Minuten laden, und Elektroautos, deren Akkus nie verschleißen. Die Realität ist bescheidener und für Batterieingenieure nützlicher. Dieser Artikel erklärt, was mit einer Graphen-Batterie gemeint ist, was tatsächlich auf dem Markt ist, wo Graphen heute in einer Zelle hilft und wie ein Elektrodenteam es testen kann.

Was ist eine Graphen-Batterie?

Der Begriff wird für mindestens drei verschiedene Dinge verwendet:

• Lithium-Ionen-Zellen mit Graphen im Inneren, meist als Leitadditiv oder Beschichtung in den Elektroden. Das ist die häufigste Bedeutung bei realen Produkten.
• Neue Zellchemien rund um Graphen, etwa Graphen-Aluminium-Ionen-Zellen, die sich noch in Entwicklung und Kundenbemusterung befinden, nicht in Massenproduktion.
• Marketing: Powerbanks und Akkupacks mit der Aufschrift „Graphen", bei denen die Rolle des Graphens unklar ist.

Nature Nanotechnology stellte die Frage direkt in ihrem Editorial „Where is my graphene battery?" (Nature Nanotechnology). Die kurze Antwort: Graphen hilft Zellen, aber die reine Graphen-Superbatterie ist noch nicht da, gebremst durch Kosten, Hochskalierung und Leistung auf Zellebene.

Wo Graphen heute in einer Zelle hilft

In einer Elektrode brauchen die Aktivmaterialpartikel einen Weg für Elektronen. Leitadditive wie Ruß und Kohlenstoffnanoröhren stellen ihn bereit. Die dünnen, breiten Plättchen von Graphen können viele Partikel gleichzeitig überbrücken, weshalb es als Leitadditiv untersucht wird (Journal of Materials Chemistry A). Forschungsfelder sind unter anderem:

• Elektrodenleitfähigkeit und geringerer Innenwiderstand.
• Ratenfähigkeit, also die Leistung bei schnellerem Laden und Entladen.
• Wärmeverteilung innerhalb der Elektroden.
• Silizium- und andere Hochkapazitätsanoden, bei denen Graphen helfen kann, ein leitfähiges Netzwerk zusammenzuhalten, während die Partikel quellen.

Bei schlechter Dispersion können sich die Plättchen auch wieder stapeln und Ionenwege blockieren, mehr ist also nicht immer besser. Graphene Integrations veröffentlicht keine Zellprüfwerte. Jedes Ergebnis wird an der bestehenden Elektrodenformulierung des Kunden bewertet.

So funktioniert unser Graphen-Batterieadditiv

Das Graphen-Batterieadditiv ist Graphen, vordispergiert für das Mischen von Elektrodenslurries. Da das Graphen bereits vereinzelt in einer Flüssigkeit vorliegt, entfällt der staubige Pulverschritt, und Sie geben es wie jede andere Slurrykomponente zu.

• Für: Entwicklung von Elektrodenslurries, Zell-F&E und Pilotlinien.
• Träger: Wasser- oder Lösemitteldispersion, abgestimmt auf Ihren Slurryprozess.
• Dosierung: typischerweise 1 % bis 7 % nach Gewicht, je nach Anwendung.
• Einmischen: in dem von uns für Ihren Prozess empfohlenen Slurryschritt zugeben und mit Ihren üblichen Geräten mischen.
• Hergestellt in den USA in Charlotte, NC. Patent angemeldet. Kein Ruß. Niemals als Pulver verkauft.

Es ist ein Material für Batterieentwickler. Wir verkaufen keine Graphen-Batterien.

Graphen im Vergleich zu Ruß und Nanoröhren in Elektroden

Ruß ist das Standard-Leitadditiv in den meisten Lithium-Ionen-Elektroden. Er ist günstig und gut verstanden, besteht aber aus kleinen runden Partikeln, die sich nur punktuell berühren. Kohlenstoffnanoröhren bilden schon bei geringen Füllgraden weitreichende Netzwerke und sind heute in Hochenergiezellen verbreitet. Die flachen Plättchen von Graphen können mehr Partikeloberfläche bedecken und Partikel auf andere Weise überbrücken, und viele Studien untersuchen Kombinationen dieser Materialien. Die richtige Mischung hängt von Aktivmaterial, Elektrodendicke und Zielrate ab. Unsere Additive enthalten keinen Ruß, sodass jede gemessene Veränderung vom Graphen und vom Träger stammt.

Was ist ein Graphen-Additiv?

Ein Graphen-Additiv bringt Graphen in geringer Dosierung in ein anderes Material ein, so wie ein Pigment oder ein verstärkender Füllstoff. Das Graphen ist der aktive Teil. Der Träger darum herum entscheidet, ob es sich sauber in Ihr Produkt einmischen lässt.

Warum eine vordispergierte Flüssigkeit besser ist als Pulver. Trockenes Graphenpulver ist leicht und staubig, schwer zu benetzen, und seine Plättchen neigen dazu, wieder zu verklumpen. Agglomerate wirken wie Fehlstellen, sodass ein Pulver ein Produkt eher verschlechtern als verbessern kann. Unsere Graphen-Additive werden als Flüssigkeiten geliefert, mit bereits vereinzelten Plättchen in einem auf Ihr System abgestimmten Träger. Sie lassen sich mit Ihren vorhandenen Anlagen einmischen, und es entsteht kein Feinstaub. Wir verkaufen niemals Pulver.

Dosierung. Unsere Graphen-Additive werden typischerweise mit 1 % bis 7 % nach Gewicht eingesetzt, je nach Anwendung. Mehr ist nicht automatisch besser, daher sollte ein Versuch zwei oder drei Dosierungen abdecken.

Versuche. Vergleichen Sie mit einer Referenz, die Sie bereits herstellen, ändern Sie nur die Additivdosis und führen Sie die Prüfungen durch, die Ihre Kunden verwenden. Unsere Leitfäden So führen Sie einen Versuch mit Graphen-Additiven durch und So wählen Sie ein Graphen-Additiv aus gehen ins Detail.

So sollte ein F&E-Team es testen

1. Beginnen Sie mit einer Referenzelektrode mit bekannten Daten.
2. Nennen Sie uns Aktivmaterial, Binder, Lösemittel oder Wasser und das aktuelle Leitadditiv.
3. Stellen Sie die Referenz und zwei oder drei Dosierungen zwischen 1 % und 7 % her und halten Sie Feststoffgehalt und Mischen gleich.
4. Prüfen Sie Slurryviskosität und -stabilität, dann Beschichtungsqualität und Haftung.
5. Messen Sie den Elektrodenwiderstand, bauen Sie dann Zellen und führen Sie Raten-, Zyklen- und Impedanztests im direkten Vergleich durch.

Mehr technische Tiefe bietet Graphen als Leitadditiv in Batterieelektroden, oder besuchen Sie unsere Seite Graphen-Energiespeicherung.

Häufig gestellte Fragen

Graphen-Batterieadditiv bestellen

Möchten Sie Graphen in Ihrem eigenen Produkt testen? Auf der Shopseite für das Graphen-Batterieadditiv finden Sie Größen, SKUs, Datenblatt und SDB, oder sehen Sie sich den gesamten Graphen-Shop an. Preise und Muster auf Anfrage. Rufen Sie 704-659-3682 an oder fordern Sie ein Angebot, Muster oder ein Datenblatt / SDB an.