Прилагане на CMC свързващо вещество в батериите

В сферата на технологията на батерията изборът на свързващ материал играе критична роля за определяне на производителността, стабилността и дълголетието на батерията.Карбоксиметил целулоза (CMC), водоразтворим полимер, получен от целулозата, се очертава като обещаващо свързващо вещество поради изключителните си свойства като висока якост на адхезия, добра способност за формиране на филми и съвместимост с околната среда.

Нарастващото търсене на високоефективни батерии в различни индустрии, включително автомобилни, електроника и възобновяема енергия, предизвика големи изследователски усилия за разработване на нови материали и технологии на батерии. Сред ключовите компоненти на батерията, свързващото вещество играе решаваща роля за обездвижването на активни материали върху текущия колектор, като гарантира 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 батериите от следващо поколение. Карбоксиметил целулозата (CMC), с уникалните си свойства, се превърна в обещаващ алтернативен материал за свързване за подобряване на работата и устойчивостта на батерията.

1. СПОЧИТЕ НА Карбоксиметил целулоза (CMC):
CMC е водоразтворимо производно на целулозата, естествен полимер в изобилие в растителните клетъчни стени. Чрез химическа модификация, карбоксиметил групи (-CH2COOH) се въвеждат в целулозния гръбнак, което води до засилена разтворимост и подобрени функционални свойства. Някои ключови свойства на CMC, свързани с неговото приложение в

（1） Батериите включват:

Висока якост на адхезия: CMC проявява силни адхезивни свойства, което му позволява ефективно да свързва активни материали с текущата повърхност на колектора, като по този начин подобрява стабилността на електрода.
Добра способност за формиране на филми: CMC може да образува равномерни и плътни филми върху повърхности на електрода, улесняване на капсулирането на активни материали и засилване на взаимодействието между електродно и електролити.
Съвместимост в околната среда: Като биоразградим и нетоксичен полимер, получен от възобновяеми източници, CMC предлага предимства на околната среда пред синтетичните свързващи вещества като PVDF.

2. Прилагане на CMC свързващо вещество при батерии:

（1） Изработка на електрод:

CMC обикновено се използва като свързващо вещество при производството на електроди за различни химикали на батерията, включително литиево-йонни батерии (LIBS), натриево-йонни батерии (SIB) и суперкондензатори.
В LIBS CMC подобрява адхезията между активния материал (напр. Литиев кобалтово оксид, графит) и текущия колектор (напр. Медно фолио), което води до подобрена цялост на електрода и намалено разслояване по време на колоездене.
По същия начин, при SIB, базирани на CMC електроди демонстрират подобрена стабилност и характеристики на колоездене в сравнение с електродите с конвенционалните свързващи вещества.
Способността за формиране на филма наCmcОсигурява равномерно покритие на активни материали върху текущия колектор, като свежда до минимум порьозността на електрода и подобрява кинетиката на йонния транспорт.

（2） Повишаване на проводимостта:

Докато самият CMC не е проводим, включването му в електродни състави може да подобри общата електрическа проводимост на електрода.
Стратегии като добавяне на проводими добавки (например, въглеродно черно, 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, показват обещаващи резултати за подобряване на проводимостта на електрода, без да се жертват механични свойства.

3. Електродна стабилност и производителност на колоездене:

CMC играе решаваща роля за поддържане на стабилността на електрода и предотвратяване на активно отделяне на материал или агломерация по време на колоездене.
Гъвкавостта и здравата адхезия, осигурени от CMC, допринасят за механичната цялост на електродите, особено при динамични условия на стрес по време на цикли на заряд.
Хидрофилната природа на CMC помага за задържане на електролит в структурата на електрода, като се гарантира, че постоянният йон транспорт и минимизиране на капацитета избледнява при продължително колоездене.

4.Провеници и бъдещи перспективи:

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

（1） Съществуват:

Подобрена проводимост: Необходими са по-нататъшни изследвания за оптимизиране на проводимостта на базирани на CMC електроди, или чрез иновативни форми на свързващо вещество, или синергични комбинации с проводими добавки.
Съвместимост с високоенергиен CHE

Устройства: Използването на CMC във възникващите химикали на батерията с висока енергийна плътност, като литиево-сулфур и литиево-въздушни батерии, изисква внимателно разглеждане на неговата стабилност и електрохимични показатели.

（2） Мащабируемост и ефективност на разходите:
Промишленото производство на електроди, базирани на CMC, трябва да бъде икономически жизнеспособно, което налага рентабилни маршрути за синтез и мащабируеми производствени процеси.

（3） Екологична устойчивост:
Докато CMC предлага екологични предимства пред конвенционалните свързващи вещества, усилията за допълнително подобряване на устойчивостта, като например използването на рециклирани източници на целулоза или разработване на биоразградими електролити, са оправдани.

Карбоксиметил целулоза (CMC)представлява универсален и устойчив свързващ материал с огромен потенциал за усъвършенстване на технологията на батерията. Неговата уникална комбинация от якост на лепило, способност за формиране на филми и съвместимост с околната среда го прави привлекателен избор за подобряване на работата и стабилността на електрода в редица химикали на батерията. Продължаващите усилия за изследвания и разработки, насочени към оптимизиране на базирани на CMC електродни формулировки, подобряване на проводимостта и справяне с предизвикателствата на мащабируемостта ще проправят пътя за широкото приемане на CMC в батериите от следващо поколение, допринасяйки за развитието на технологиите за чиста енергия.