יישום קלסר CMC בסוללות

בתחום טכנולוגיית הסוללות, הבחירה בחומר הקלסר ממלאת תפקיד קריטי בקביעת הביצועים, היציבות והאריכות החיים של הסוללה.Carboxymethyl Cellulose (CMC), פולימר מסיס במים שמקורו בתאי, התגלה כקלסר מבטיח בגלל תכונותיו החריגות כמו חוזק הדבקה גבוה, יכולת יוצרת סרטים ותאימות סביבתית.

הביקוש ההולך וגובר לסוללות בעלות ביצועים גבוהים בענפים שונים, כולל רכב, אלקטרוניקה ואנרגיה מתחדשת, דרבן מאמצי מחקר נרחבים לפתח חומרי סוללה וטכנולוגיות חדשות. בין רכיבי המפתח בסוללה, הקלסר ממלא תפקיד מכריע בהפסקת חומרים פעילים לאספן הנוכחי, ומבטיח מחזורי טעינה ופריקה יעילים. קלסרים מסורתיים כמו פוליווינילידן פלואוריד (PVDF) הם בעלי מגבלות מבחינת השפעה סביבתית, תכונות מכניות ותאימות לכימיקלי הסוללה מהדור הבא. Carboxymethyl Cellulose (CMC), עם תכונותיו הייחודיות, התגלה כחומר קלסר אלטרנטיבי מבטיח לשיפור ביצועי הסוללה וקיימות.

1. פרופרטיות של קרבוקסימתיל תאית (CMC):
CMC הוא נגזרת מסיסה במים של תאית, פולימר טבעי בשפע בדפנות תאי הצמח. באמצעות שינוי כימי, קבוצות קרבוקסימתיל (-CH2COOH) מוצגות אל עמוד השדרה התאית, וכתוצאה מכך מסיסות משופרת ושיפור התכונות התפקודיות. כמה מאפייני מפתח של CMC הרלוונטיים ליישום שלה

סוללות 1 רבות כוללות:

חוזק הדבקה גבוה: CMC מציג תכונות דבק חזקות, ומאפשר לו לקשור ביעילות חומרים פעילים למשטח האספן הנוכחי, ובכך לשפר את יציבות האלקטרודה.
יכולת יוצרת סרטים טובה: CMC יכולה ליצור סרטים אחידים וצפופים על משטחי אלקטרודה, להקל על המפגש של חומרים פעילים ולשפר את האינטראקציה האלקטרודה-אלקטרוליט.
תאימות סביבתית: כפולימר מתכלה ולא רעיל שמקורו במקורות מתחדשים, CMC מציעה יתרונות סביבתיים על פני קלסרים סינתטיים כמו PVDF.

2. יישום קלסר CMC בסוללות:

（1） ייצור אלקטרודות:

CMC משמש בדרך כלל כקלסר בייצור אלקטרודות לכימיקלי סוללה שונים, כולל סוללות ליתיום-יון (LIBS), סוללות נתרן-יון (SIB) ומוצרי-על.
ב- LIBS, CMC משפר את ההדבקה בין החומר הפעיל (למשל, תחמוצת ליתיום קובלט, גרפיט) ​​לבין האספן הנוכחי (למשל, נייר נחושת), מה שמוביל לשלמות האלקטרודה המשופרת והפחתת Delamination במהלך רכיבה על אופניים.
באופן דומה, ב- SIBs, אלקטרודות מבוססות CMC מדגימות את ביצועי היציבות והרכיבה על אופניים משופרים בהשוואה לאלקטרודות עם קלסרים קונבנציונליים.
היכולת יוצרת הסרטים שלCMCמבטיח ציפוי אחיד של חומרים פעילים באספן הנוכחי, ממזער את נקבוביות האלקטרודה ושיפור קינטיקה של הובלת יונים.

（2） שיפור מוליכות:

בעוד ש- CMC עצמה אינה מוליכה, שילובו בפורמולות אלקטרודות יכול לשפר את המוליכות החשמלית הכוללת של האלקטרודה.
אסטרטגיות כמו הוספת תוספים מוליכים (למשל, שחור פחמן, גרפן) לצד CMC הועסקו כדי להפחית את העכבה הקשורה לאלקטרודות מבוססות CMC.
מערכות קלסר היברידיות המשלבות CMC עם פולימרים מוליכים או ננו -חומרים פחמן הראו תוצאות מבטיחות בשיפור מוליכות האלקטרודה מבלי להקריב תכונות מכניות.

3. יציבות אלקטרודות וביצועי אופניים:

CMC ממלא תפקיד מכריע בשמירה על יציבות האלקטרודות ומניעת ניתוק או אגרומציה של חומרים פעילים במהלך רכיבה על אופניים.
הגמישות וההדבקה החזקה המסופקת על ידי CMC תורמים לשלמות המכנית של האלקטרודות, במיוחד בתנאי לחץ דינאמיים במהלך מחזורי פריקה.
האופי ההידרופילי של CMC מסייע בשמירה על האלקטרוליט במבנה האלקטרודה, ומבטיח הובלת יונים מתמשכת ומזעור היכולת דוהה על פני אופניים ממושכים.

4. נגינה ונקודות מבט עתידיות:

בעוד שהיישום של קלסר CMC בסוללות מציע יתרונות משמעותיים, מספר אתגרים והזדמנויות לשיפור

（1） קיים:

מוליכות משופרת: יש צורך במחקר נוסף בכדי לייעל את המוליכות של אלקטרודות מבוססות CMC, בין אם באמצעות ניסוחים קלסר חדשניים או שילובים סינרגיסטיים עם תוספים מוליכים.
תאימות עם CHE אנרגיה גבוהה

מונים: השימוש ב- CMC בכימיקלי סוללה מתעוררים עם צפיפות אנרגיה גבוהה, כגון סוללות ליתיום-סולפור וסוללות ליתיום-אוויר, דורש בחינה מדוקדקת ביציבותו ובביצועיו האלקטרוכימיים.

（2 Å מדרגיות ואפקטיביות עלות:
ייצור בקנה מידה תעשייתי של אלקטרודות מבוססות CMC חייב להיות בר-קיימא מבחינה כלכלית, ולחייב נתיבי סינתזה חסכוניים ותהליכי ייצור מדרגיים.

צט 3 Å קיימות סביבתית:
בעוד ש- CMC מציעה יתרונות סביבתיים על פני קלסרים קונבנציונליים, יש צורך במאמצים להעצמת הקיימות, כמו שימוש במקורות תאית ממוחזרים או פיתוח אלקטרוליטים מתכלה.

Carboxymethyl Cellulose (CMC)מייצג חומר קלסר רב -תכליתי ובר קיימא עם פוטנציאל עצום לקידום טכנולוגיית הסוללות. השילוב הייחודי שלה בין חוזק דבק, יכולת יצירת סרטים ותאימות סביבתית הופכים אותו לבחירה אטרקטיבית לשיפור ביצועי האלקטרודה ויציבות במגוון כימיה של סוללות. המשך מאמצי המחקר והפיתוח שמטרתם אופטימיזציה של ניסוחים אלקטרודות מבוססי CMC, שיפור המוליכות וטיפול באתגרי מדרגיות יסללו את הדרך לאימוץ נרחב של CMC בסוללות מהדור הבא, ותורם לקידום טכנולוגיות אנרגיה נקייה.