Aplikace pořadače CMC v bateriích

V oblasti technologie baterie hraje výběr materiálu pořadače rozhodující roli při určování výkonu, stability a dlouhověkosti baterie.Karboxymethyl celulóza (CMC), vodní rozpustný polymer odvozený z celulózy, se objevil jako slibný pořadač kvůli jeho výjimečným vlastnostem, jako je vysoká síla adheze, dobrá schopnost formování filmu a kompatibilita prostředí.

Rostoucí poptávka po vysoce výkonných bateriích napříč různými průmyslovými odvětvími, včetně automobilového průmyslu, elektroniky a obnovitelné energie, podnítila rozsáhlé výzkumné úsilí o vývoj nových bateriových materiálů a technologií. Mezi klíčové komponenty baterie hraje pojivo klíčovou roli při imobilizaci aktivních materiálů na současný sběratel a zajišťuje efektivní cykly nabití a vypouštění. Tradiční pojiva, jako je polyvinyliden fluorid (PVDF), mají omezení z hlediska dopadu na životní prostředí, mechanické vlastnosti a kompatibilitu s chemii baterie nové generace. Karboxymethyllulóza (CMC), se svými jedinečnými vlastnostmi, se stala slibným alternativním pojivovým materiálem pro zlepšení výkonu a udržitelnosti baterie.

1.Propatry karboxymethylcelulózy (CMC):
CMC je derivát celulózy rozpustný ve vodě, přírodní polymer hojný u rostlinných buněčných stěn. Prostřednictvím chemické modifikace jsou do páteře celulózy zavedeny karboxymethylové skupiny (-ch2cooh), což má za následek zvýšenou rozpustnost a zlepšené funkční vlastnosti. Některé klíčové vlastnosti CMC související s jeho aplikací

（1） Baterie zahrnují:

Vysoká síla adheze: CMC vykazuje silné adhezivní vlastnosti, což umožňuje účinně vázat aktivní materiály na povrch současného kolektoru, čímž se zlepšuje stabilitu elektrody.
Dobrá schopnost formování filmu: CMC může vytvářet jednotné a husté filmy na elektrodových površích, usnadnit zapouzdření aktivních materiálů a zvyšování interakce elektrodo-elektrolyt.
Kompatibilita životního prostředí: Jako biologicky rozložitelný a netoxický polymer odvozený z obnovitelných zdrojů CMC nabízí environmentální výhody oproti syntetickým pojivům, jako je PVDF.

2.Applikace pořadače CMC v bateriích:

（1） Výroba elektrod:

CMC se běžně používá jako pořadač při výrobě elektrod pro různé chemie baterií, včetně lithium-iontových baterií (libs), sodíko-iontových baterií (SIB) a superkondenzátorů.
V LIBS CMC zlepšuje adhezi mezi aktivním materiálem (např. Oxid lithium kobaltu, grafitem) a současným sběratelem (např. Copper fólie), což vede ke zvýšené integritě elektrod a snížení delaminace během cyklování.
Podobně v SIBS vykazují elektrody na bázi CMC zlepšenou stabilitu a cyklistickou výkon ve srovnání s elektrodami s konvenčními pojivami.
Schopnost formování filmuCMCZajišťuje rovnoměrný povlak aktivních materiálů na současném sběrateli, minimalizuje porézitu elektrod a zlepšení kinetiky transportu iontů.

（2） Vylepšení vodivosti:

Zatímco samotný CMC není vodivý, jeho začlenění do elektrodových formulací může zvýšit celkovou elektrickou vodivost elektrody.
Ke zmírnění impedance spojené s elektrodami založené na CMC byly použity strategie, jako je přidání vodivých aditiv (např. Cybooku, grafen) spolu s CMC.
Hybridní pojivové systémy kombinující CMC s vodivými polymery nebo uhlíkovými nanomateriály prokázaly slibné výsledky ke zlepšení vodivosti elektrody bez obětování mechanických vlastností.

3. Stabilita Electrode a výkon cyklistiky:

CMC hraje klíčovou roli při udržování stability elektrod a zabraňování odloučení aktivního materiálu nebo aglomeraci během cyklování.
Flexibilita a robustní adheze poskytovaná CMC přispívají k mechanické integritě elektrod, zejména za podmínek dynamického napětí během cyklů pronásledování náboje.
Hydrofilní povaha CMC pomáhá při udržování elektrolytu ve struktuře elektrody, což zajišťuje trvalý transport iontů a minimalizující kapacitu zmizel nad prodlouženým cyklováním.

4. Challenges a budoucí perspektivy:

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

（1） existují:

Zvýšená vodivost: K optimalizaci vodivosti elektrod na bázi CMC je zapotřebí dalšího výzkumu, a to buď prostřednictvím inovativních formulací pojiv nebo synergických kombinací s vodivými přísadami.
Kompatibilita s vysokou energií Che

Mistries: Využití CMC v rozvíjejících se chemiích baterií s vysokou energetickou hustotou, jako jsou baterie lithia a lithium-vzduch, vyžaduje pečlivé zvážení jeho 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 trasy syntézy a škálovatelné výrobní procesy.

（3） Environmentální udržitelnost:
Zatímco CMC nabízí environmentální výhody oproti konvenčním pojivům, je zaručeno úsilí o další zvýšení udržitelnosti, jako je využití recyklovaných zdrojů celulózy nebo vývoj biologicky rozložitelných elektrolytů.

Karboxymethyl celulóza (CMC)Představuje všestranný a udržitelný materiál pojiva s obrovským potenciálem pro pokrok v technologii baterií. Díky jedinečné kombinaci síly lepidla, schopnosti vytvářet filmy a kompatibility životního prostředí z něj činí atraktivní volbu pro zvýšení výkonu a stability elektrod v celé řadě chemií baterií. Pokračující výzkum a vývojové úsilí zaměřené na optimalizaci elektrodových formulací založené na CMC, zlepšení vodivosti a řešení problémů s škálovatelnosti připraví cestu pro rozsáhlé přijetí CMC v bateriích nové generace a přispěje k pokroku v technologiích čisté energie.