Батареяларда CMC байланыстырғышын қолдану

Батарея технологиясы саласында байланыстырушы материалды таңдау батареяның өнімділігін, тұрақтылығын және ұзақ қызмет ету мерзімін анықтауда маңызды рөл атқарады.Карбоксиметилцеллюлоза (CMC), целлюлозадан алынған суда еритін полимер жоғары адгезияға беріктігі, жақсы қабық түзу қабілеті және қоршаған ортаға сәйкестігі сияқты ерекше қасиеттеріне байланысты перспективалы байланыстырушы ретінде пайда болды.

Автокөлік, электроника және жаңартылатын энергияны қоса алғанда, әртүрлі салаларда өнімділігі жоғары аккумуляторларға сұраныстың артуы аккумулятордың жаңа материалдары мен технологияларын әзірлеу бойынша ауқымды зерттеулерге түрткі болды. Батареяның негізгі құрамдас бөліктерінің арасында байланыстырғыш белсенді материалдарды ток коллекторына иммобилизациялауда, тиімді зарядтау және разряд циклдерін қамтамасыз етуде шешуші рөл атқарады. Поливинилиден фториді (PVDF) сияқты дәстүрлі байланыстырғыштардың қоршаған ортаға әсері, механикалық қасиеттері және жаңа буын батареяларының химияларымен үйлесімділігі бойынша шектеулер бар. Бірегей қасиеттері бар карбоксиметил целлюлоза (CMC) батареяның өнімділігі мен тұрақтылығын жақсарту үшін перспективті балама байланыстырушы материал ретінде пайда болды.

1. Карбоксиметилцеллюлозаның (CMC) қасиеттері:
CMC - өсімдік жасушасының қабырғаларында көп кездесетін табиғи полимер, целлюлозаның суда еритін туындысы. Химиялық модификация арқылы карбоксиметил топтары (-CH2COOH) целлюлозаның магистральына енгізіледі, нәтижесінде ерігіштік пен функционалдық қасиеттер жақсарады. CMC-тің кейбір негізгі қасиеттері оның қолданылуына қатысты

（1）батареяларға мыналар кіреді:

Жоғары адгезия беріктігі: CMC күшті адгезиялық қасиеттерді көрсетеді, бұл оған белсенді материалдарды ток коллекторының бетіне тиімді байланыстыруға мүмкіндік береді, осылайша электрод тұрақтылығын жақсартады.
Жақсы қабық түзу қабілеті: CMC электрод беттерінде біркелкі және тығыз қабықшалар құра алады, белсенді материалдардың инкапсуляциясын жеңілдетеді және электрод-электролиттің өзара әрекеттесуін жақсартады.
Қоршаған ортамен үйлесімділік: жаңартылатын көздерден алынған биологиялық ыдырайтын және улы емес полимер ретінде CMC PVDF сияқты синтетикалық байланыстырғыштарға қарағанда экологиялық артықшылықтарды ұсынады.

2. Батареяларда CMC байланыстырғышын қолдану:

（1） Электродты жасау:

CMC әдетте литий-ионды батареяларды (LIBs), натрий-ионды батареяларды (SIBs) және суперконденсаторларды қоса алғанда, әртүрлі батарея химияларына арналған электродтарды өндіруде байланыстырушы ретінде пайдаланылады.
LIB-де CMC белсенді материал (мысалы, литий кобальт оксиді, графит) мен ток коллекторы (мысалы, мыс фольгасы) арасындағы адгезияны жақсартады, бұл электрод тұтастығын жақсартуға және цикл кезінде қабаттасуды азайтуға әкеледі.
Сол сияқты, SIB құрылғыларында CMC негізіндегі электродтар әдеттегі байланыстырғыштары бар электродтармен салыстырғанда жақсартылған тұрақтылық пен циклдық өнімділікті көрсетеді.
Фильм жасау қабілетіCMCток коллекторында белсенді материалдардың біркелкі қапталуын қамтамасыз етеді, электродтың кеуектілігін азайтады және иондарды тасымалдау кинетикасын жақсартады.

（2）Өткізгіштікті арттыру:

CMC өзі өткізгіш болмаса да, оны электродтық құрамдарға қосу электродтың жалпы электр өткізгіштігін арттыруы мүмкін.
CMC негізіндегі электродтармен байланысты кедергіні азайту үшін CMC-мен қатар өткізгіш қоспаларды (мысалы, қара көміртекті, графен) қосу сияқты стратегиялар қолданылды.
CMC-ті өткізгіш полимерлермен немесе көміртекті наноматериалдармен біріктіретін гибридті байланыстырғыш жүйелер механикалық қасиеттерді жоғалтпай электродтардың өткізгіштігін жақсартудың перспективалы нәтижелерін көрсетті.

3.Электродтың тұрақтылығы және циклдік өнімділігі:

CMC электрод тұрақтылығын сақтауда және цикл кезінде белсенді материалдың ажырауын немесе агломерациясын болдырмауда шешуші рөл атқарады.
CMC қамтамасыз ететін икемділік пен берік адгезия электродтардың механикалық тұтастығына ықпал етеді, әсіресе зарядтау-разряд циклдері кезінде динамикалық кернеу жағдайында.
CMC гидрофильді табиғаты электрод құрылымында электролитті ұстап тұруға көмектеседі, иондардың тұрақты тасымалдануын қамтамасыз етеді және ұзақ цикл кезінде сыйымдылықтың төмендеуін азайтады.

4. Қиындықтар мен болашақ перспективалар:

Батареяларда CMC байланыстырғышын қолдану айтарлықтай артықшылықтар, бірнеше қиындықтар мен жақсарту мүмкіндіктерін ұсынады

（1）бар:

Жақсартылған өткізгіштік: CMC негізіндегі электродтардың өткізгіштігін оңтайландыру үшін инновациялық байланыстырушы құрамдар немесе өткізгіш қоспалармен синергетикалық комбинациялар арқылы қосымша зерттеулер қажет.
Жоғары энергиялы Чемен үйлесімділік

Мистерлер: Литий-күкіртті және литий-ауа батареялары сияқты энергия тығыздығы жоғары жаңа батарея химияларында CMC пайдалану оның тұрақтылығы мен электрохимиялық өнімділігін мұқият қарастыруды талап етеді.

（2） Масштабтау және үнемділік:
CMC негізіндегі электродтарды өнеркәсіптік ауқымда өндіру экономикалық тұрғыдан тиімді болуы керек, бұл үнемді синтез жолдарын және масштабталатын өндіріс процестерін қажет етеді.

（3）Қоршаған ортаның тұрақтылығы:
CMC кәдімгі байланыстырғыштарға қарағанда экологиялық артықшылықтарды ұсынса да, қайта өңделген целлюлоза көздерін пайдалану немесе биологиялық ыдырайтын электролиттерді әзірлеу сияқты тұрақтылықты одан әрі арттыруға күш салуға кепілдік беріледі.

Карбоксиметилцеллюлоза (CMC)батарея технологиясын ілгерілету үшін үлкен әлеуеті бар әмбебап және тұрақты байланыстырғыш материал болып табылады. Оның жабысқақ беріктігінің, қабық түзу қабілетінің және қоршаған ортаға сәйкестігінің бірегей үйлесімі оны электрод өнімділігі мен батареяның әртүрлі химиялық түрлері бойынша тұрақтылығын арттыру үшін тартымды таңдау жасайды. CMC негізіндегі электродтардың формулаларын оңтайландыруға, электр өткізгіштігін жақсартуға және масштабтауға қатысты мәселелерді шешуге бағытталған үздіксіз зерттеулер мен тәжірибелік-конструкторлық жұмыстар таза энергия технологияларының дамуына үлес қоса отырып, келесі ұрпақ батареяларында CMC-ті кеңінен қолдануға жол ашады.