LaNi₅ НЕГІЗІНДЕГІ АНОДТАРДЫҢ ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ҚАСИЕТТЕРІНЕ БАЙЛАНЫСТЫРУШЫ МАТЕРИАЛДЫҢ ӘСЕРІН ТАЛДАУ

Энергия сақтау жүйелерінің экологиялық қауіпсіздігі мен тиімділігіне қойылатын талаптардың өсуіне байланысты никель-металлгидридті (Ni-MH) аккумуляторлар қауіпсіздігі мен қолжетімділігі арқасында назар аударуды жалғастыруда. Мұндай аккумуляторлардың компоненттерін оңтайландыру олардың электрохимиялық сипаттамалары мен ұзақ мерзімді тұрақтылығын жақсарту үшін басым міндет болып табылады. Негізгі компоненттердің бірі – гидрид түзуші қорытпа негізіндегі анодтар, олардың тұрақтылық және сыйымдылық сияқты электрохимиялық қасиеттері, циклдік зарядтау және разрядтау кезінде анодтың құрылымдық тұтастығына, өткізгіштігіне және тұрақтылығына әсер ететін байланыстырушы материалды таңдауға айтарлықтай тәуелді. Бұл жұмыста Ni-MH аккумуляторларына арналған LaNi₅ негізіндегі анодтардың электрохимиялық қасиеттеріне әртүрлі полимерлік байланыстырушы материалдардың әсері зерттелген. LaNi₅ қорытпасы металл оксидтерінен қатты фазалы әдіспен синтезделді, оның құрылымы рентгендік фазалық талдау әдісімен расталды. Зерттеу үшін үш түрлі байланыстырушы материалдарды қолдана отырып электродтар жасалды: политетрафторэтилен (PTFE), поливинилиденфторид (PVdF) және ультрадисперсті полиэтилен (PE). Анодтардың электрохимиялық сипаттамалары циклдік вольтамперометрия және гальваностатикалық заряд-разряд әдістерімен зерттелді. Нәтижелер байланыстырушы материалдың түрі электродтардың электр өткізгіштігіне, сыйымдылығына және циклдік тұрақтылығына айтарлықтай әсер ететінін көрсетті. PTFE байланыстырушы материалымен жасалған анодтар жоғары меншікті сыйымдылықпен (~200 мА·сағ/г) және көп циклды процесте тұрақтылықпен ең жақсы электрохимиялық сипаттамаларды көрсетті. PE негізіндегі электродтар жоғары бастапқы сыйымдылықты, бірақ циклдеу кезінде тез деградацияны көрсетті, ал PVdF негізіндегі анодтар тұрақты, бірақ төмен сыйымдылықпен сипатталды. Зерттеу байланыстырушы материалды дұрыс таңдаудың Ni-MH аккумуляторларының өнімділігін оңтайландыруда шешуші рөл атқаратынын дәлелдейді.

1. Yu Y. et al. Environmental impact assessment and end-oflife treatment policy analysis for Li-ion batteries and NiMH batteries // Int. J. Environ. Res. Public Health. – 2014. – Vol. 11, No. 3. – P. 3185–3198.

2. Bala H. et al. Evaluation of electrochemical hydrogenation and corrosion behavior of LaNi 5-based materials using galvanostatic charge/discharge measurements // Int. J. Hydrogen Energy. – 2012. – Vol. 37, No. 22. – P. 16817– 16822.

3. Jurczyk M. et al. Nanocrystalline LaNi5-type electrode materials for Ni-MHx batteries // J. Solid State Chem. – 2003. – Vol. 171, No. 1–2. – P. 30–37.

4. Nguyen V.A., Kuss C. Review—Conducting Polymer-Based Binders for Lithium-Ion Batteries and Beyond // J. Electrochem. Soc. – 2020. – Vol. 167, No. 6. – P. 065501.

5. Züttel A., Meli F., Schlapbach L. Effects of electrode compacting additives on the cycle life and high-rate dischargeability of Zr(V0.25Ni0.75)2 metal hydride electrodes in alkaline solution // J. Alloys Compd. – 1994. – Vol. 206, No. 1. – P. 31–38.

6. Li J. et al. Water Soluble Binder, an Electrochemical Performance Booster for Electrode Materials with High Energy Density // Adv. Energy Mater. – 2017. – Vol. 7, No. 24.

7. Cholewinski A. et al. Polymer Binders: Characterization and Development toward Aqueous Electrode Fabrication for Sustainability // Polymers (Basel). – 2021. – Vol. 13, No. 4. – P. 631.

8. Bresser D. et al. Alternative binders for sustainable electrochemical energy storage – the transition to aqueous electrode processing and bio-derived polymers // Energy Environ. Sci. – 2018. – Vol. 11, No. 11. – P. 3096–3127.

9. Schneider H. et al. Influence of different electrode compositions and binder materials on the performance of lithium–sulfur batteries // J. Power Sources. – 2012. – Vol. 205. – P. 420–425.

10. Park B.-H., Choi J.-H. Improvement in the capacitance of a carbon electrode prepared using water-soluble polymer binder for a capacitive deionization application // Electrochim. Acta. – 2010. – Vol. 55, No. 8. – P. 2888–2893.

11. Zhang W., Dahbi M., Komaba S. Polymer binder: a key component in negative electrodes for high-energy Na-ion batteries // Curr. Opin. Chem. Eng. – 2016. – Vol. 13. – P. 36–44.

12. Nirmale T.C., Kale B.B., Varma A.J. A review on cellulose and lignin based binders and electrodes: Small steps towards a sustainable lithium ion battery // Int. J. Biol. Macromol. – 2017. – Vol. 103. – P. 1032–1043.

13. Qin T. et al. Design of functional binders for highspecific-energy lithium-ion batteries: from molecular structure to electrode properties // Ind. Chem. Mater. – 2024. – Vol. 2, No. 2. – P. 191–225.

14. Bresser D. et al. Alternative binders for sustainable electrochemical energy storage-the transition to aqueous electrode processing and bio-derived polymers // Energy Environ. Sci. Royal Society of Chemistry. –2018. – Vol. 11, No. 11. – P. 3096–3127.

15. Chen H. et al. Exploring Chemical, Mechanical, and Electrical Functionalities of Binders for Advanced Energy-Storage Devices: review-article // Chem. Rev. American Chemical Society. – 2018. – Vol. 118, No. 18. – P. 8936–8982.

16. Zhang Y., Guo J., Li T. Research progress on binder of activated carbon electrode // Adv. Mater. Res. – 2012. – Vol. 549. – P. 780–784.

17. Ahmad D. et al. Hydrophilic and hydrophobic materials and their applications // Energy Sources, Part A Recover. Util. Environ. Eff. Taylor & Francis. – 2018. – Vol. 40, No. 22. – P. 2686–2725.

18. Joubert J.-M. et al. LaNi5 related AB5 compounds: Structure, properties and applications // J. Alloys Compd. – 2021. – Vol. 862. – P. 158163.