Приложение на CMC свързващо вещество в батерии

В сферата на технологиите за батерии изборът на свързващ материал играе решаваща роля при определяне на производителността, стабилността и дълголетието на батерията.Карбоксиметил целулоза (CMC), водоразтворим полимер, получен от целулоза, се очертава като обещаващо свързващо вещество поради изключителните си свойства като висока якост на адхезия, добра способност за образуване на филм и екологична съвместимост.

Нарастващото търсене на батерии с висока производителност в различни индустрии, включително автомобилостроенето, електрониката и възобновяемата енергия, стимулира обширни изследователски усилия за разработване на нови материали и технологии за батерии. Сред ключовите компоненти на батерията, свързващото вещество играе решаваща роля в имобилизирането на активните материали върху токоотвода, осигурявайки ефективни цикли на зареждане и разреждане. Традиционните свързващи вещества като поливинилиден флуорид (PVDF) имат ограничения по отношение на въздействието върху околната среда, механичните свойства и съвместимостта с химикалите на батериите от следващо поколение. Карбоксиметилцелулозата (CMC), с нейните уникални свойства, се очертава като обещаващ алтернативен свързващ материал за подобряване на производителността и устойчивостта на батерията.

1. Свойства на карбоксиметил целулоза (CMC):
CMC е водоразтворимо производно на целулозата, естествен полимер, изобилстващ в стените на растителните клетки. Чрез химическа модификация карбоксиметиловите групи (-CH2COOH) се въвеждат в целулозния скелет, което води до повишена разтворимост и подобрени функционални свойства. Някои ключови свойства на CMC, свързани с приложението му в

（1）батериите включват:

Висока якост на адхезия: CMC проявява силни адхезивни свойства, което му позволява ефективно да свързва активните материали към повърхността на токоприемника, като по този начин подобрява стабилността на електрода.
Добра способност за образуване на филм: CMC може да образува равномерни и плътни филми върху повърхностите на електродите, улеснявайки капсулирането на активни материали и засилвайки взаимодействието електрод-електролит.
Съвместимост с околната среда: Като биоразградим и нетоксичен полимер, получен от възобновяеми източници, CMC предлага екологични предимства пред синтетичните свързващи вещества като PVDF.

2. Приложение на CMC Binder в батерии:

（1）Производство на електроди:

CMC обикновено се използва като свързващо вещество при производството на електроди за различни химикали на батерии, включително литиево-йонни батерии (LIB), натриево-йонни батерии (SIB) и суперкондензатори.
В LIB, CMC подобрява адхезията между активния материал (напр. литиев кобалтов оксид, графит) и токоприемника (напр. медно фолио), което води до подобрена цялост на електрода и намалено разслояване по време на цикъл.
По подобен начин, в SIBs, CMC-базираните електроди демонстрират подобрена стабилност и циклична производителност в сравнение с електроди с конвенционални свързващи вещества.
Филмообразуващата способност наCMCосигурява равномерно покритие на активните материали върху токоприемника, минимизирайки порьозността на електрода и подобрявайки кинетиката на йонния транспорт.

（2）Подобряване на проводимостта:

Докато самият CMC не е проводим, включването му в състави на електроди може да подобри общата електрическа проводимост на електрода.
Стратегии като добавяне на проводящи добавки (напр. сажди, графен) заедно с CMC са използвани за смекчаване на импеданса, свързан с електроди, базирани на CMC.
Хибридните свързващи системи, комбиниращи CMC с проводими полимери или въглеродни наноматериали, са показали обещаващи резултати при подобряване на проводимостта на електрода, без да се жертват механичните свойства.

3. Стабилност на електрода и циклична производителност:

CMC играе решаваща роля в поддържането на стабилността на електрода и предотвратяването на отделяне на активен материал или агломерация по време на цикъл.
Гъвкавостта и здравата адхезия, осигурени от CMC, допринасят за механичната цялост на електродите, особено при условия на динамичен стрес по време на цикли на зареждане-разреждане.
хидрофилната природа на CMC помага за задържането на електролита в структурата на електрода, осигурявайки продължителен транспорт на йони и минимизирайки избледняването на капацитета при продължително циклиране.

4. Предизвикателства и бъдещи перспективи:

Докато прилагането на CMC свързващо вещество в батерии предлага значителни предимства, няколко предизвикателства и възможности за подобрение

（1）съществуват:

Подобрена проводимост: Необходими са по-нататъшни изследвания за оптимизиране на проводимостта на електродите, базирани на CMC, или чрез иновативни свързващи формули, или чрез синергични комбинации с проводими добавки.
Съвместимост с High-Energy Che

мистрии: Използването на CMC в нововъзникващите химикали на батерии с висока енергийна плътност, като литиево-сярни и литиево-въздушни батерии, изисква внимателно разглеждане на неговата стабилност и електрохимични характеристики.

（2）Мащабируемост и рентабилност:
Производството в промишлен мащаб на електроди, базирани на CMC, трябва да бъде икономически жизнеспособно, което изисква рентабилни пътища за синтез и мащабируеми производствени процеси.

（3）Екологична устойчивост:
Въпреки че CMC предлага екологични предимства пред конвенционалните свързващи вещества, усилията за по-нататъшно подобряване на устойчивостта, като използване на източници на рециклирана целулоза или разработване на биоразградими електролити, са оправдани.

Карбоксиметил целулоза (CMC)представлява универсален и устойчив свързващ материал с огромен потенциал за напредък в технологията на батериите. Неговата уникална комбинация от сила на залепване, способност за образуване на филм и съвместимост с околната среда го прави привлекателен избор за подобряване на производителността и стабилността на електрода в редица химикали на батерията. Продължаващите усилия за научноизследователска и развойна дейност, насочени към оптимизиране на съставите на електроди, базирани на CMC, подобряване на проводимостта и справяне с предизвикателствата на скалируемостта, ще проправят пътя за широкото приемане на CMC в батерии от следващо поколение, допринасяйки за напредъка на технологиите за чиста енергия.