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), polimer topiv u vodi dobiven iz celuloze, pojavio se kao vezivo koje obećava zbog svojih iznimnih svojstava kao što su visoka čvrstoća prianjanja, dobra sposobnost stvaranja filma i kompatibilnost s okolišem.

Sve veća potražnja za baterijama visokih performansi u raznim industrijama, uključujući automobilsku, elektroniku i obnovljive izvore energije, potaknula je opsežna istraživanja na razvoju novih materijala i tehnologija za baterije. Među ključnim komponentama baterije, vezivo igra ključnu ulogu u imobilizaciji aktivnih materijala na kolektoru struje, osiguravajući učinkovite cikluse punjenja i pražnjenja. Tradicionalna veziva kao što je poliviniliden fluorid (PVDF) imaju ograničenja u pogledu utjecaja na okoliš, mehaničkih svojstava i kompatibilnosti s kemijskim sastavima baterija sljedeće 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 topljivi derivat celuloze, prirodnog polimera kojeg ima u izobilju u stjenkama biljnih stanica. Putem kemijske modifikacije, karboksimetilne skupine (-CH2COOH) uvode se u okosnicu celuloze, što rezultira povećanom topljivošću i poboljšanim funkcionalnim svojstvima. Neka ključna svojstva CMC-a relevantna za njegovu primjenu u

（1）baterije uključuju:

Visoka čvrstoća prianjanja: CMC pokazuje jaka adhezivna svojstva, što mu omogućuje učinkovito vezanje aktivnih materijala na površinu kolektora struje, čime se poboljšava stabilnost elektrode.
Dobra sposobnost stvaranja filma: CMC može formirati jednolike i guste filmove na površinama elektroda, olakšavajući kapsulaciju aktivnih materijala i poboljšavajući interakciju elektroda-elektrolit.
Kompatibilnost s okolišem: Kao biorazgradivi i netoksični polimer dobiven iz obnovljivih izvora, CMC nudi ekološke prednosti u odnosu na sintetička veziva poput PVDF-a.

2. Primjena CMC veziva u baterijama:

（1）Izrada elektroda:

CMC se obično koristi kao vezivo u izradi elektroda za različite kemijske sastave baterija, uključujući litij-ionske baterije (LIB), natrij-ionske baterije (SIB) i superkondenzatore.
U LIB-ovima, CMC poboljšava prianjanje između aktivnog materijala (npr. litij kobalt oksid, grafit) i kolektora struje (npr. bakrena folija), što dovodi do poboljšanog integriteta elektrode i smanjenog raslojavanja tijekom ciklusa.
Slično, u SIB-ovima, elektrode na bazi CMC-a pokazuju poboljšanu stabilnost i cikličku izvedbu u usporedbi s elektrodama s konvencionalnim vezivima.
Sposobnost stvaranja filmaCMCosigurava jednoliku prevlaku aktivnih materijala na kolektoru struje, smanjujući poroznost elektrode i poboljšavajući kinetiku prijenosa iona.

（2）Poboljšanje vodljivosti:

Iako sam CMC nije vodljiv, njegova ugradnja u formulacije elektroda može povećati ukupnu električnu vodljivost elektrode.
Strategije poput dodavanja vodljivih aditiva (npr. čađe, grafena) uz CMC korištene su za ublažavanje impedancije povezane s elektrodama na bazi CMC-a.
Hibridni vezivni sustavi koji kombiniraju CMC s vodljivim polimerima ili ugljikovim nanomaterijalima pokazali su obećavajuće rezultate u poboljšanju vodljivosti elektroda bez žrtvovanja mehaničkih svojstava.

3. Stabilnost elektrode i ciklična izvedba:

CMC igra ključnu ulogu u održavanju stabilnosti elektrode i sprječavanju odvajanja aktivnog materijala ili aglomeracije tijekom ciklusa.
Fleksibilnost i robusna adhezija koju pruža CMC doprinose mehaničkom integritetu elektroda, posebno u uvjetima dinamičkog naprezanja tijekom ciklusa punjenja i pražnjenja.
hidrofilna priroda CMC-a pomaže u zadržavanju elektrolita unutar strukture elektrode, osiguravajući održivi transport iona i smanjujući gubitak kapaciteta tijekom produljenog ciklusa.

4. Izazovi i buduće perspektive:

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

（1）postoje:

Poboljšana vodljivost: potrebna su daljnja istraživanja kako bi se optimizirala vodljivost elektroda na bazi CMC-a, bilo putem inovativnih formulacija veziva ili sinergističkih kombinacija s vodljivim dodacima.
Kompatibilnost s High-Energy Che

mistrije: Korištenje CMC-a u novim kemijskim sastavima baterija s visokom gustoćom energije, kao što su litij-sumporne i litij-zračne baterije, zahtijeva pažljivo razmatranje njegove stabilnosti i elektrokemijskih performansi.

（2）Skalabilnost i isplativost:
Proizvodnja elektroda na bazi CMC-a u industrijskim razmjerima mora biti ekonomski održiva, zahtijevajući troškovno učinkovite rute sinteze i skalabilne proizvodne procese.

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

Karboksimetil celuloza (CMC)predstavlja svestran i održiv vezivni materijal s golemim potencijalom za unapređenje tehnologije baterija. Njegova jedinstvena kombinacija adhezivne snage, 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 na bazi CMC-a, poboljšanje vodljivosti i rješavanje izazova skalabilnosti otvorit će put za široku primjenu CMC-a u baterijama sljedeće generacije, pridonoseći napretku tehnologija čiste energije.