Aplicació de CMC Binder en bateries

En l'àmbit de la tecnologia de la bateria, l'elecció del material aglutinant té un paper crític a l'hora de determinar el rendiment, l'estabilitat i la longevitat de la bateria.Carboximetil cel·lulosa (CMC), un polímer soluble en aigua derivat de la cel·lulosa, s'ha convertit en un aglutinant prometedor a causa de les seves propietats excepcionals com l'alta força d'adhesió, la bona capacitat de formació de pel·lícules i la compatibilitat amb el medi ambient.

La creixent demanda de bateries d'alt rendiment en diverses indústries, com ara l'automoció, l'electrònica i les energies renovables, ha estimulat amplis esforços de recerca per desenvolupar nous materials i tecnologies de bateries. Entre els components clau d'una bateria, l'aglutinant té un paper crucial en la immobilització dels materials actius al col·lector de corrent, assegurant cicles de càrrega i descàrrega eficients. Els aglutinants tradicionals com el fluorur de polivinilidè (PVDF) tenen limitacions pel que fa a l'impacte ambiental, les propietats mecàniques i la compatibilitat amb les químiques de bateries de nova generació. La carboximetil cel·lulosa (CMC), amb les seves propietats úniques, ha sorgit com un material aglutinant alternatiu prometedor per millorar el rendiment i la sostenibilitat de la bateria.

1. Propietats de la carboximetil cel·lulosa (CMC):
CMC és un derivat soluble en aigua de la cel·lulosa, un polímer natural abundant a les parets cel·lulars de les plantes. Mitjançant la modificació química, els grups carboximetil (-CH2COOH) s'introdueixen a la columna vertebral de la cel·lulosa, donant lloc a una millor solubilitat i propietats funcionals millorades. Algunes propietats clau de CMC rellevants per a la seva aplicació a

(1) les bateries inclouen:

Alta força d'adhesió: CMC presenta fortes propietats adhesives, que li permeten unir eficaçment els materials actius a la superfície del col·lector actual, millorant així l'estabilitat de l'elèctrode.
Bona capacitat de formació de pel·lícules: CMC pot formar pel·lícules uniformes i denses a les superfícies dels elèctrodes, facilitant l'encapsulació de materials actius i millorant la interacció elèctrode-electròlit.
Compatibilitat mediambiental: com a polímer biodegradable i no tòxic derivat de fonts renovables, CMC ofereix avantatges mediambientals respecte als aglutinants sintètics com el PVDF.

2. Aplicació de CMC Binder a bateries:

（1）Fabricació d'elèctrodes:

CMC s'utilitza habitualment com a aglutinant en la fabricació d'elèctrodes per a diverses químiques de bateries, incloses les bateries d'ions de liti (LIB), bateries d'ions de sodi (SIB) i supercondensadors.
En els LIB, CMC millora l'adhesió entre el material actiu (per exemple, òxid de cobalt de liti, grafit) i el col·lector de corrent (per exemple, làmina de coure), donant lloc a una major integritat de l'elèctrode i una delaminació reduïda durant el cicle.
De la mateixa manera, als SIB, els elèctrodes basats en CMC demostren una estabilitat i un rendiment de ciclisme millorats en comparació amb els elèctrodes amb aglutinants convencionals.
La capacitat de formació de pel·lícules deCMCassegura un recobriment uniforme dels materials actius al col·lector de corrent, minimitzant la porositat de l'elèctrode i millorant la cinètica de transport d'ions.

(2) Millora de la conductivitat:

Tot i que el CMC en si no és conductor, la seva incorporació a les formulacions d'elèctrodes pot millorar la conductivitat elèctrica global de l'elèctrode.
S'han utilitzat estratègies com l'addició d'additius conductors (per exemple, negre de carboni, grafè) juntament amb CMC per mitigar la impedància associada als elèctrodes basats en CMC.
Els sistemes aglutinants híbrids que combinen CMC amb polímers conductors o nanomaterials de carboni han mostrat resultats prometedors en la millora de la conductivitat dels elèctrodes sense sacrificar les propietats mecàniques.

3.Estabilitat dels elèctrodes i rendiment en bicicleta:

El CMC té un paper crucial en el manteniment de l'estabilitat de l'elèctrode i en la prevenció del despreniment o l'aglomeració del material actiu durant el cicle.
La flexibilitat i l'adhesió robusta que proporciona CMC contribueixen a la integritat mecànica dels elèctrodes, especialment en condicions d'estrès dinàmic durant els cicles de càrrega-descàrrega.
la naturalesa hidròfila de CMC ajuda a retenir l'electròlit dins de l'estructura de l'elèctrode, assegurant el transport d'ions sostingut i minimitzant la capacitat d'esvaïment durant un cicle prolongat.

4. Reptes i perspectives de futur:

Si bé l'aplicació del lligant CMC a les bateries ofereix avantatges importants, diversos reptes i oportunitats de millora

(1) existeix:

Conductivitat millorada: es necessiten més investigacions per optimitzar la conductivitat dels elèctrodes basats en CMC, ja sigui mitjançant formulacions innovadores d'aglutinants o combinacions sinèrgiques amb additius conductors.
Compatibilitat amb Che High-Energy

mistries: la utilització de CMC en químiques emergents de bateries amb altes densitats d'energia, com ara bateries de liti-sofre i liti-aire, requereix una consideració acurada de la seva estabilitat i rendiment electroquímic.

(2) Escalabilitat i rendibilitat:
La producció a escala industrial d'elèctrodes basats en CMC ha de ser econòmicament viable, la qual cosa requereix rutes de síntesi rendibles i processos de fabricació escalables.

（3）Sostenibilitat ambiental:
Tot i que CMC ofereix avantatges ambientals respecte als aglutinants convencionals, es garanteixen esforços per millorar encara més la sostenibilitat, com ara l'ús de fonts de cel·lulosa reciclada o el desenvolupament d'electròlits biodegradables.

Carboximetil cel·lulosa (CMC)representa un material aglutinant versàtil i sostenible amb un immens potencial per avançar en la tecnologia de les bateries. La seva combinació única de força adhesiva, capacitat de formació de pel·lícules i compatibilitat mediambiental la converteixen en una opció atractiva per millorar el rendiment i l'estabilitat dels elèctrodes en una sèrie de productes químics de bateries. Els esforços continuats d'investigació i desenvolupament dirigits a optimitzar les formulacions d'elèctrodes basades en CMC, millorar la conductivitat i abordar els reptes d'escalabilitat obriran el camí per a l'adopció generalitzada de CMC a les bateries de nova generació, contribuint a l'avenç de les tecnologies d'energia neta.