Aplikace pojiva CMC v bateriích

V oblasti technologie baterií hraje výběr materiálu pojiva zásadní roli při určování výkonu, stability a životnosti baterie.Karboxymethylcelulóza (CMC), ve vodě rozpustný polymer odvozený z celulózy, se ukázal jako slibné pojivo díky svým výjimečným vlastnostem, jako je vysoká přilnavost, dobrá schopnost tvořit film a ekologická kompatibilita.

Rostoucí poptávka po vysoce výkonných bateriích napříč různými průmyslovými odvětvími, včetně automobilového průmyslu, elektroniky a obnovitelné energie, podnítila rozsáhlé výzkumné úsilí o vývoj nových materiálů a technologií baterií. Mezi klíčovými součástmi baterie hraje pojivo klíčovou roli při imobilizaci aktivních materiálů na sběrači proudu, což zajišťuje efektivní cykly nabíjení a vybíjení. Tradiční pojiva, jako je polyvinylidenfluorid (PVDF), mají omezení, pokud jde o dopad na životní prostředí, mechanické vlastnosti a kompatibilitu s chemikáliemi baterií nové generace. Karboxymethylcelulóza (CMC) se svými jedinečnými vlastnostmi se ukázala jako slibný alternativní pojivový materiál pro zlepšení výkonu a udržitelnosti baterií.

1. Vlastnosti karboxymethylcelulózy (CMC):
CMC je ve vodě rozpustný derivát celulózy, přírodního polymeru hojně se vyskytujícího ve stěnách rostlinných buněk. Prostřednictvím chemické modifikace jsou do celulózového hlavního řetězce zavedeny karboxymethylové skupiny (-CH2COOH), což vede ke zvýšené rozpustnosti a zlepšeným funkčním vlastnostem. Některé klíčové vlastnosti CMC relevantní pro její použití v

(1) mezi baterie patří:

Vysoká přilnavost: CMC vykazuje silné adhezivní vlastnosti, které mu umožňují účinně vázat aktivní materiály k povrchu kolektoru proudu, čímž zlepšuje stabilitu elektrody.
Dobrá schopnost tvorby filmu: CMC může vytvářet jednotné a husté filmy na površích elektrod, což usnadňuje zapouzdření aktivních materiálů a zlepšuje interakci elektroda-elektrolyt.
Ekologická kompatibilita: Jako biologicky odbouratelný a netoxický polymer získaný z obnovitelných zdrojů nabízí CMC ekologické výhody oproti syntetickým pojivům, jako je PVDF.

2. Aplikace CMC Binder v bateriích:

（1）Výroba elektrody:

CMC se běžně používá jako pojivo při výrobě elektrod pro různé chemické složení baterií, včetně lithium-iontových baterií (LIB), sodíkových baterií (SIB) a superkondenzátorů.
U LIB zlepšuje CMC adhezi mezi aktivním materiálem (např. oxid lithný, kobaltnatý, grafit) a sběračem proudu (např. měděná fólie), což vede ke zvýšené integritě elektrody a snížení delaminace během cyklování.
Podobně v SIB elektrody na bázi CMC vykazují zlepšenou stabilitu a cyklovací výkon ve srovnání s elektrodami s konvenčními pojivy.
Filmotvorná schopnostCMCzajišťuje rovnoměrný povlak aktivních materiálů na sběrači proudu, minimalizuje porozitu elektrody a zlepšuje kinetiku transportu iontů.

（2）Vylepšení vodivosti:

Zatímco CMC sama o sobě není vodivá, její začlenění do elektrodových přípravků může zlepšit celkovou elektrickou vodivost elektrody.
Ke zmírnění impedance spojené s elektrodami na bázi CMC byly použity strategie, jako je přidání vodivých přísad (např. sazí, grafenu) vedle CMC.
Hybridní pojivové systémy kombinující CMC s vodivými polymery nebo uhlíkovými nanomateriály ukázaly slibné výsledky při zlepšování vodivosti elektrod bez obětování mechanických vlastností.

3. Stabilita elektrody a jízdní vlastnosti:

CMC hraje klíčovou roli při udržování stability elektrody a předcházení oddělování nebo aglomeraci aktivního materiálu během cyklování.
Flexibilita a robustní přilnavost poskytovaná CMC přispívá k mechanické integritě elektrod, zejména za podmínek dynamického namáhání během cyklů nabíjení a vybíjení.
hydrofilní povaha CMC pomáhá při zadržování elektrolytu ve struktuře elektrody, zajišťuje trvalý transport iontů a minimalizuje vyblednutí kapacity při delším cyklování.

4. Výzvy a výhledy do budoucna:

Zatímco aplikace CMC pojiva v bateriích nabízí významné výhody, několik výzev a příležitostí ke zlepšení

（1）existuje:

Vylepšená vodivost: Pro optimalizaci vodivosti elektrod na bázi CMC je zapotřebí další výzkum, a to buď prostřednictvím inovativních pojivových přípravků nebo synergických kombinací s vodivými přísadami.
Kompatibilita s High-Energy Che

Mistries: Využití CMC v nově vznikajících bateriích s vysokou hustotou energie, jako jsou lithium-sírové a lithium-vzduchové baterie, vyžaduje pečlivé zvážení její stability a elektrochemického výkonu.

（2）Škálovatelnost a nákladová efektivita:
Výroba elektrod na bázi CMC v průmyslovém měřítku musí být ekonomicky životaschopná, což vyžaduje nákladově efektivní způsoby syntézy a škálovatelné výrobní procesy.

（3）Udržitelnost životního prostředí:
Zatímco CMC nabízí ekologické výhody oproti konvenčním pojivům, úsilí o další zvýšení udržitelnosti, jako je využití recyklovaných zdrojů celulózy nebo vývoj biologicky odbouratelných elektrolytů, je zaručeno.

Karboxymethylcelulóza (CMC)představuje všestranný a udržitelný pojivový materiál s obrovským potenciálem pro pokrok v technologii baterií. Jeho jedinečná kombinace adhezivní síly, schopnosti tvořit film a kompatibility s životním prostředím z něj činí atraktivní volbu pro zvýšení výkonu a stability elektrod v celé řadě chemických složení baterií. Neustálé úsilí ve výzkumu a vývoji zaměřené na optimalizaci složení elektrod na bázi CMC, zlepšení vodivosti a řešení problémů se škálovatelností připraví cestu pro široké přijetí CMC v bateriích nové generace, což přispěje k pokroku technologií čisté energie.