Primjena CMC veziva u baterijama

U području tehnologije baterija, izbor vezivnog materijala igra ključnu ulogu u određivanju performansi, stabilnosti i dugovječnosti baterije.karboksimetil celuloza (CMC), vodotopivi polimer dobiven iz celuloze, pojavio se kao obećavajuće vezivo zbog svojih izuzetnih svojstava kao što su visoka čvrstoća prianjanja, dobra sposobnost stvaranja filma i ekološka kompatibilnost.

Povećana potražnja za baterijama visokih performansi u različitim industrijama, uključujući automobilsku, elektroniku i obnovljivu energiju, potaknula je opsežna istraživanja za razvoj novih materijala i tehnologija za baterije. Među ključnim komponentama baterije, vezivo igra ključnu ulogu u imobilizaciji aktivnih materijala na strujni kolektor, osiguravajući efikasne cikluse punjenja i pražnjenja. Tradicionalna veziva kao što je poliviniliden fluorid (PVDF) imaju ograničenja u pogledu uticaja na životnu sredinu, mehaničkih svojstava i kompatibilnosti sa hemijom baterija sledeće generacije. Karboksimetil celuloza (CMC), sa svojim jedinstvenim svojstvima, pojavila se kao obećavajući alternativni vezivni materijal za poboljšanje performansi i održivosti baterije.

1. Svojstva karboksimetil celuloze (CMC):
CMC je u vodi rastvorljiv derivat celuloze, prirodnog polimera obilnog u zidovima biljnih ćelija. Kroz hemijsku modifikaciju, karboksimetil grupe (-CH2COOH) se uvode u celuloznu kičmu, što dovodi do poboljšane rastvorljivosti i poboljšanih funkcionalnih svojstava. Neka ključna svojstva CMC relevantna za njegovu primjenu u

(1) baterije uključuju:

Visoka čvrstoća prianjanja: CMC pokazuje snažna adhezivna svojstva, omogućavajući mu da efikasno veže aktivne materijale za površinu kolektora struje, čime se poboljšava stabilnost elektrode.
Dobra sposobnost stvaranja filma: CMC može formirati ujednačene i guste filmove na površinama elektroda, olakšavajući inkapsulaciju aktivnih materijala i poboljšavajući interakciju elektroda-elektrolita.
Ekološka kompatibilnost: Kao biorazgradiv i netoksičan polimer dobiven iz obnovljivih izvora, CMC nudi ekološke prednosti u odnosu na sintetička veziva kao što je PVDF.

2.Primjena CMC veziva u baterijama:

（1）Izrada elektroda:

CMC se obično koristi kao vezivo u proizvodnji elektroda za različite hemije baterija, uključujući litijum-jonske baterije (LIB), natrijum-jonske baterije (SIB) i superkondenzatore.
U LIB-ovima, CMC poboljšava adheziju između aktivnog materijala (npr. litijum kobalt oksida, grafita) i kolektora struje (npr. bakarne folije), što dovodi do poboljšanog integriteta elektrode i smanjenog delaminacije tokom ciklusa.
Slično, u SIB-ovima, elektrode zasnovane na CMC-u pokazuju poboljšanu stabilnost i performanse ciklusa u poređenju sa elektrodama sa konvencionalnim vezivima.
Sposobnost stvaranja filmaCMCosigurava jednoliku prevlaku aktivnih materijala na kolektoru struje, minimizirajući poroznost elektroda i poboljšavajući kinetiku transporta jona.

（2）Poboljšanje provodljivosti:

Iako sam CMC nije provodljiv, njegovo ugrađivanje u formulacije elektroda može poboljšati ukupnu električnu provodljivost elektrode.
Strategije poput dodavanja provodljivih aditiva (npr. čađe, grafena) uz CMC su korištene za ublažavanje impedanse povezane s elektrodama baziranim na CMC.
Hibridni sistemi veziva koji kombinuju CMC sa provodljivim polimerima ili ugljeničnim nanomaterijalima pokazali su obećavajuće rezultate u poboljšanju provodljivosti elektroda bez žrtvovanja mehaničkih svojstava.

3. Stabilnost elektrode i performanse ciklusa:

CMC igra ključnu ulogu u održavanju stabilnosti elektroda i sprečavanju odvajanja ili aglomeracije aktivnog materijala tokom ciklusa.
Fleksibilnost i robusna adhezija koju obezbeđuje CMC doprinose mehaničkom integritetu elektroda, posebno u uslovima dinamičkog naprezanja tokom ciklusa punjenja-pražnjenja.
Hidrofilna priroda CMC-a pomaže u zadržavanju elektrolita unutar strukture elektrode, osiguravajući neprekidni transport jona i minimizirajući smanjenje kapaciteta tokom dužeg ciklusa.

4. Izazovi i buduće perspektive:

Dok primjena CMC veziva u baterijama nudi značajne prednosti, nekoliko izazova i mogućnosti za poboljšanje

(1) postoji:

Poboljšana provodljivost: Dalja istraživanja su potrebna za optimizaciju provodljivosti elektroda na bazi CMC, bilo kroz inovativne formulacije veziva ili sinergijske kombinacije sa provodljivim aditivima.
Kompatibilnost sa High-Energy Che

Mistries: Upotreba CMC u novim hemijama baterija sa visokom gustoćom energije, kao što su litijum-sumporne i litijum-vazdušne baterije, zahteva pažljivo razmatranje njegove stabilnosti i elektrohemijskih performansi.

（2）Skalabilnost i isplativost:
Industrijska proizvodnja elektroda baziranih na CMC-u mora biti ekonomski isplativa, zahtijevajući isplative puteve sinteze i skalabilne proizvodne procese.

（3）Održivost životne sredine:
Dok CMC nudi ekološke prednosti u odnosu na konvencionalna veziva, napori da se dodatno poboljša održivost, kao što je korištenje recikliranih izvora celuloze ili razvoj biorazgradivih elektrolita, su opravdani.

karboksimetil celuloza (CMC)predstavlja svestran i održiv vezivni materijal sa ogromnim potencijalom za unapređenje tehnologije baterija. Njegova jedinstvena kombinacija snage ljepila, sposobnosti stvaranja filma i ekološke kompatibilnosti čini ga atraktivnim izborom za poboljšanje performansi i stabilnosti elektroda u nizu kemijskih sastava baterija. Kontinuirani istraživački i razvojni napori usmjereni na optimizaciju formulacija elektroda baziranih na CMC-u, poboljšanje provodljivosti i rješavanje izazova skalabilnosti otvorit će put širokom usvajanju CMC-a u baterijama sljedeće generacije, doprinoseći napretku tehnologija čiste energije.