Nanotubi di carbonio a parete singola (SWCNT)sono ampiamente utilizzati in vari tipi di batterie. Ecco i tipi di batterie in cui gli SWCNT trovano applicazione:

1) Supercondensatori:
Gli SWCNT fungono da materiali elettrodici ideali per i supercondensatori grazie alla loro elevata area superficiale specifica e all'eccellente conduttività. Consentono velocità di carica-scarica rapide e presentano un'eccezionale stabilità del ciclo. Incorporando gli SWCNT in polimeri conduttivi o ossidi metallici, la densità di energia e la densità di potenza dei supercondensatori possono essere ulteriormente migliorate.

2) Batterie agli ioni di litio:
Nel campo delle batterie agli ioni di litio, gli SWCNT possono essere utilizzati come additivi conduttivi o materiali per elettrodi. Se utilizzati come additivi conduttivi, gli SWCNT migliorano la conduttività dei materiali degli elettrodi, migliorando così le prestazioni di carica-scarica della batteria. Essendo gli stessi materiali degli elettrodi, gli SWCNT forniscono ulteriori siti di inserimento degli ioni di litio, portando ad una maggiore capacità e ad una maggiore stabilità del ciclo della batteria.

3) Batterie agli ioni di sodio:
Le batterie agli ioni di sodio hanno guadagnato notevole attenzione come alternative alle batterie agli ioni di litio e gli SWCNT offrono prospettive promettenti anche in questo settore. Grazie alla loro elevata conduttività e stabilità strutturale, gli SWCNT sono la scelta ideale per i materiali degli elettrodi delle batterie agli ioni di sodio.

4) Altri tipi di batterie:
Oltre alle applicazioni sopra menzionate, gli SWCNT mostrano potenziale in altri tipi di batterie come celle a combustibile e batterie zinco-aria. Ad esempio, nelle celle a combustibile, gli SWCNT possono fungere da supporti catalitici, migliorando l'attività e la stabilità del catalizzatore.

Ruolo degli SWCNT nelle batterie:

1) Additivi conduttivi: gli SWCNT, con la loro elevata conduttività elettrica, possono essere aggiunti come additivi conduttivi agli elettroliti a stato solido, migliorandone la conduttività e quindi migliorando le prestazioni di carica-scarica della batteria.

2) Materiali degli elettrodi: gli SWCNT possono fungere da substrati per i materiali degli elettrodi, consentendo il caricamento di sostanze attive (come litio metallico, zolfo, silicio, ecc.) per migliorare la conduttività e la stabilità strutturale dell'elettrodo. Inoltre, l’elevata superficie specifica degli SWCNT fornisce più siti attivi, con conseguente maggiore densità energetica della batteria.

3) Materiali separatori: nelle batterie a stato solido, gli SWCNT possono essere impiegati come materiali separatori, offrendo canali di trasporto ionico pur mantenendo una buona resistenza meccanica e stabilità chimica. La struttura porosa degli SWCNT contribuisce a migliorare la conduttività ionica nella batteria.

4) Materiali compositi: gli SWCNT possono essere compositi con materiali elettrolitici allo stato solido per formare elettroliti compositi, combinando l'elevata conduttività degli SWCNT con la sicurezza degli elettroliti allo stato solido. Tali materiali compositi fungono da materiali elettrolitici ideali per le batterie a stato solido.

5) Materiali di rinforzo: gli SWCNT possono migliorare le proprietà meccaniche degli elettroliti allo stato solido, migliorando la stabilità strutturale della batteria durante i processi di carica-scarica e riducendo il degrado delle prestazioni causato dalle variazioni di volume.

6) Gestione termica: grazie alla loro eccellente conduttività termica, gli SWCNT possono essere impiegati come materiali di gestione termica, facilitando un'efficace dissipazione del calore durante il funzionamento della batteria, prevenendo il surriscaldamento e migliorando la sicurezza e la durata della batteria.

In conclusione, gli SWCNT svolgono un ruolo cruciale in vari tipi di batterie. Le loro proprietà uniche consentono una migliore conduttività, una migliore densità energetica, una migliore stabilità strutturale e un'efficace gestione termica. Con ulteriori progressi e ricerche nel campo delle nanotecnologie, si prevede che l’applicazione degli SWCNT nelle batterie continuerà a crescere, portando a migliori prestazioni delle batterie e capacità di stoccaggio dell’energia.