ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ ВЫБОРА СВЯЗУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА НА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АНОДОВ НА ОСНОВЕ LaNi₅

В условиях растущих требований к экологичности и эффективности систем хранения энергии никель-металлгидридные (Ni-MH) аккумуляторы продолжают привлекать внимание благодаря своей безопасности и доступности. Оптимизация компонентов таких аккумуляторов является приоритетной задачей для повышения их электрохимических характеристик и долговечности. Одним из ключевых компонентов являются аноды на основе гидрид образующего сплава, электрохимические свойства которых, такие как стабильность и ёмкость, в значительной мере зависят от выбора связующего материала, влияющего на структурную целостность, проводимость и устойчивость анода при циклическом заряде и разряде. В данной работе исследовано влияние различных полимерных связующих на электрохимические свойства анодов на основе LaNi₅ для Ni-MH аккумуляторов. Сплав LaNi₅ был синтезирован твердофазным методом из оксидов металлов, структура которого была подтверждена методом рентгенофазового анализа. Для исследования были изготовлены электроды с использованием трех типов связующих: политетрафторэтилена (PTFE), поливинилиденфторида (PVdF) и ультрадисперсного полиэтилена (PE). Электрохимические характеристики анодов изучались методами циклической вольтамперометрии и гальваностатического заряда-разряда. Результаты показали, что тип связующего существенно влияет на электропроводность, емкость и циклическую стабильность электродов. Аноды со связующим PTFE продемонстрировали наилучшие электрохимические характеристики с высокой удельной емкостью (~200 мА·ч/г) и стабильностью при многократном циклировании. Электроды с PE показали высокую начальную емкость, но быструю деградацию при циклировании, а аноды с PVdF характеризовались стабильной, но низкой емкостью. Исследование подтверждает, что выбор связующего материала имеет решающее значение для оптимизации производительности Ni-MH аккумуляторов. 

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.