CMC -sideaine pealekandmine akudes

Akutehnoloogia valdkonnas mängib sideainematerjali valimisel kriitilist rolli aku jõudluse, stabiilsuse ja pikaealisuse määramisel.Karboksümetüültselluloos (CMC), tselluloosist saadud vees lahustuv polümeer on muutunud paljutõotavaks sideaineks, kuna selle erakordsed omadused nagu kõrge adhesioonitugevus, hea kile moodustamisvõime ja keskkonna ühilduvus.

Kasvav nõudlus suure jõudlusega akude järele erinevates tööstusharudes, sealhulgas autotööstuses, elektroonika ja taastuvenergia, on ajendanud ulatuslikke uurimistööd uudsete akumaterjalide ja tehnoloogiate väljatöötamiseks. Aku võtmekomponentide hulgas mängib sideainet aktiivsete materjalide immobiliseerimisel praegusele kollektsionäärile, tagades tõhusa laadimis- ja tühjendustsüklid. Traditsioonilistel sideainetel, näiteks polüvinülideenfluoriidil (PVDF), on keskkonnamõju, mehaaniliste omaduste ja ühilduvuse piirangud järgmise põlvkonna aku keemilistega. Karboksümetüültselluloos (CMC), millel on ainulaadsed omadused, on kujunenud paljutõotavaks alternatiivseks sideainematerjaliks aku jõudluse ja jätkusuutlikkuse parandamiseks.

1. Karboksümetüültselluloosi (CMC) proportsioonid:
CMC on tselluloosi vees lahustuv derivaat, mis on taimerakkude seintes rikkalik looduslik polümeer. Keemilise modifitseerimise kaudu sisestatakse tselluloosi selgroosse karboksümetüülrühmad (-Ch2COOH), mille tulemuseks on tugevdatud lahustuvus ja paremad funktsionaalsed omadused. Mõned CMC peamised omadused, mis on olulised selle rakendamisel

（1） Akud sisaldavad:

Kõrge adhesiooni tugevus: CMC -l on tugevad kleepuvad omadused, võimaldades sellel tõhusalt siduda aktiivsed materjalid praeguse kollektori pinnaga, parandades sellega elektroodi stabiilsust.
Hea kilede moodustamisvõime: CMC võib moodustada elektroodipindadele ühtlased ja tihedad kiled, hõlbustades aktiivsete materjalide kapseldamist ja suurendades elektroodide-elektrolüütide interaktsiooni.
Keskkonna ühilduvus: taastuvatest allikatest saadud biolaguneva ja mittetoksilise polümeerina pakub CMC keskkonnaeeliseid sünteetiliste sideainete ees nagu PVDF.

2. CMC -sideaine rakendamine akudes:

（1） Elektroodide valmistamine:

CMC-d kasutatakse tavaliselt sideainena mitmesuguste akukeemiate, sealhulgas liitium-ioonakude (LIB), naatrium-ioonakude (SIBS) ja superkondensaatorite jaoks elektroodide valmistamisel.
LIBS -is parandab CMC aktiivse materjali (nt liitiumkoobaltoksiidi, grafiidi) ja praeguse koguja (nt vaskfooliumi) vahelist adhesiooni, mis põhjustab suurenenud elektroodide terviklikkust ja vähenenud delaminatsiooni tsükli ajal.
Sarnaselt näitavad SIB-de puhul CMC-põhised elektroodid paremat stabiilsust ja tsükli jõudlust võrreldes tavaliste sideainetega elektroodidega.
Filmide moodustav võimeCMCtagab aktiivsete materjalide ühtlase katmise praegusel kogujal, minimeerides elektroodide poorsust ja parandades ioonide transpordi kineetikat.

（2） juhtivuse suurendamine:

Kuigi CMC ise ei ole juhtiv, võib selle lisamine elektroodipreparaatidesse suurendada elektroodi üldist elektrijuhtivust.
CMC-põhiste elektroodidega seotud impedantsi leevendamiseks on kasutatud selliseid strateegiaid nagu juhtivate lisandite lisamine (nt süsinik must, grafeen).
Hübriidsideainete süsteemid, mis ühendavad CMC juhtivate polümeeride või süsinik nanomaterjalidega, on näidanud paljutõotavaid tulemusi elektroodide juhtivuse parandamisel ilma mehaanilisi omadusi ohverdamata.

3.Elektroodi stabiilsus ja jalgrattasõidu jõudlus:

CMC mängib olulist rolli elektroodi stabiilsuse säilitamisel ja aktiivse materjali irdumise või aglomeratsiooni ennetamisel tsüklimise ajal.
CMC pakutav paindlikkus ja tugev adhesioon aitavad kaasa elektroodide mehaanilisele terviklikkusele, eriti dünaamilistes pingetingimustes laengukiiruse tsüklite ajal.
CMC hüdrofiilne olemus aitab säilitada elektrolüüte elektroodi struktuuris, tagades ioonide püsiva transpordi ja minimeerimisvõime pikaajalise tsükli asemel.

4.Challenges ja tulevased vaatenurgad:

Kuigi CMC -sideaine rakendamine akudes pakub olulisi eeliseid, on mitmeid väljakutseid ja paranemisvõimalusi

（1） on olemas:

Täiustatud juhtivus: CMC-põhiste elektroodide juhtivuse optimeerimiseks on vaja täiendavaid uuringuid kas uuenduslike sideainete koostiste või sünergiliste kombinatsioonide kaudu juhtivate lisanditega.
Ühilduvus suure energiatarbega Che-ga

Ebarektorid: CMC kasutamine suure energiatihedusega tekkivatel akukeemilistel, näiteks liitium-väävli ja liitium-õhu akudega, nõuab selle stabiilsuse ja elektrokeemilise jõudluse hoolikalt arvestamist.

（2 Ϫ skaleeritavus ja kulutõhusus:
CMC-põhiste elektroodide tööstuslik tootmine peab olema majanduslikult elujõuline, vajades kulutõhusaid sünteesi marsruute ja skaleeritavaid tootmisprotsesse.

（3） Keskkonna jätkusuutlikkus:
Kuigi CMC pakub keskkonnaalaseid eeliseid tavapäraste sideainete ees, on õigustatud jõupingutused jätkusuutlikkuse veelgi suurendamiseks, näiteks ringlussevõetud tselluloosaallikate kasutamine või biolagunevate elektrolüütide väljatöötamine.

Karboksümetüültselluloos (CMC)tähistab mitmekülgset ja jätkusuutlikku sideainematerjali, millel on tohutu potentsiaal akutehnoloogia edendamiseks. Selle ainulaadne liimitugevuse, kile moodustamisvõime ja keskkonna ühilduvuse kombinatsioon muudab selle atraktiivseks valikuks elektroodi jõudluse ja stabiilsuse suurendamiseks paljudes akukeemiteerides. Jätkuvad teadus- ja arendustegevuse jõupingutused, mille eesmärk on optimeerida CMC-põhiseid elektroodide preparaate, juhtivuse parandamine ja mastaapsusega seotud väljakutsetega tegelemine sillutab teed CMC laialdasele kasutuselevõtule järgmise põlvkonna akudes, aidates kaasa puhaste energiatehnoloogiate edenemisele.