L'accumulo elettrochimico è il modo più efficiente per immagazzinare l'energia prodotta da fonti rinnovabili. All'avanguardia nell'accumulo elettrochimico di energia c'è la batteria agli ioni di litio (LIB). Tradizionalmente, la produzione di elettrodi per le LIB ha richiesto l'uso di solventi pericolosi come l'NMP a causa dei fluoropolimeri utilizzati per tenere insieme il materiale attivo e quello conduttivo sul collettore di corrente. Questi sistemi leganti a base di solventi sono un fattore determinante nel costo e nella compatibilità ambientale delle LIB.
Il ruolo di un legante negli elettrodi delle batterie agli ioni di litio
Gli elettrodi delle batterie sono composti da 3 componenti principali: il materiale attivo, un additivo conduttivo e un legante polimerico. Il materiale attivo fornisce le reazioni elettrochimiche necessarie per alimentare la batteria e il materiale conduttivo aiuta a facilitare il flusso di elettricità. Spesso trascurato, il legante polimerico viene utilizzato per fornire l'integrità meccanica dell'elettrodo durante la produzione e per fornire una dispersione e un'adesione ottimali del materiale attivo e dell'additivo conduttivo al collettore di corrente. Tradizionalmente, i fluoropolimeri come il PVDF sono stati utilizzati per questo scopo, ma con l'aumento della domanda di batterie agli ioni di litio è necessario passare a leganti "verdi" più rispettosi dell'ambiente.
Leganti acquosi vs. leganti solventi
Come accennato in precedenza, i leganti a base di solvente presentano una serie di preoccupazioni per quanto riguarda l'impatto ambientale, la produzione e il costo delle batterie agli ioni di litio. Di seguito sono descritti i vantaggi dell'utilizzo di un legante acquoso come TEXTURECEL™ rispetto a un polimero a base di solvente.
Impatto ambientale
I fluoropolimeri utilizzati come leganti per elettrodi sono di per sé teratogeni e mutageni. Inoltre, richiedono l'uso di solventi pericolosi come l'NMP, che è severamente regolamentato da molti paesi a causa dei gravi e irreversibili effetti che può avere sulla salute umana e sull'ambiente. In alternativa, i leganti acquosi come la carbossimetilcellulosa TEXTURECEL™ non sono pericolosi e richiedono solo l'uso di acqua per la produzione. Inoltre, la bassa temperatura di essiccazione e il tempo di essiccazione ridotto dei leganti acquosi TEXTURECEL™ determinano una significativa riduzione delle emissioni di anidride carbonica.
Produzione
La preparazione in sospensione di leganti per elettrodi a base di solvente richiede sistemi di ventilazione speciali per proteggere i lavoratori e il solvente deve essere recuperato durante la fase di essiccazione per evitare il rilascio nell'ambiente. La preparazione di sospensioni di elettrodi a base di acqua richiede solo DPI standard e non vi è alcuna fase aggiuntiva di recupero di un solvente pericoloso durante l'essiccazione. Inoltre, i leganti acquosi si asciugano più rapidamente dei leganti a base di solvente, consentendo un aumento della produzione.
Costo
I leganti acquosi come TEXTURECEL™ CMC sono significativamente meno costosi dei fluoropolimeri come il PvDF (solitamente 2-3X). Anche l'NMP richiesto per i fluoropolimeri è piuttosto costoso se confrontato con l'acqua. Sebbene questi risparmi sui costi siano significativi, forse il risparmio maggiore deriva dall'eliminazione della fase di recupero del solvente. Questo processo può rappresentare fino alla metà del costo di produzione degli elettrodi e, se eliminato, può contribuire notevolmente a ridurre il costo di produzione delle batterie agli ioni di litio.
TEXTURECEL™ Carbossimetilcellulosa sodica
Il legante acquoso più comunemente utilizzato negli elettrodi delle batterie agli ioni di litio è la carbossimetilcellulosa (CMC). La CMC TEXTURECEL™ ha una purezza estremamente elevata (>99,5%), un basso contenuto di umidità, gradi di sostituzione personalizzati e un'eccellente coerenza qualitativa. Di seguito è riportato un riepilogo dei vantaggi offerti agli elettrodi LIB da TEXTURECEL™.
Dispersione ottimale di materiale attivo e additivo conduttivo.
Integrità meccanica durante la produzione e il ciclo.
La forte adesione al collettore di corrente migliora la capacità
