CMC rišiklio taikymas baterijose

Baterijų technologijos srityje rišiklio medžiagos pasirinkimas vaidina lemiamą vaidmenį nustatant akumuliatoriaus veikimą, stabilumą ir ilgaamžiškumą.Karboksimetilceliuliozė (CMC), vandenyje tirpus polimeras, gautas iš celiuliozės, tapo perspektyviu rišikliu dėl savo išskirtinių savybių, tokių kaip didelis sukibimo stiprumas, geras plėvelės formavimo gebėjimas ir suderinamumas su aplinka.

Didėjanti didelio našumo baterijų paklausa įvairiose pramonės šakose, įskaitant automobilių pramonę, elektroniką ir atsinaujinančią energiją, paskatino daug mokslinių tyrimų, siekiant sukurti naujas akumuliatorių medžiagas ir technologijas. Tarp pagrindinių akumuliatoriaus komponentų rišiklis vaidina lemiamą vaidmenį imobilizuojant aktyvias medžiagas ant srovės kolektoriaus, užtikrinant efektyvius įkrovimo ir iškrovimo ciklus. Tradiciniai rišikliai, tokie kaip polivinilideno fluoridas (PVDF), turi apribojimų dėl poveikio aplinkai, mechaninių savybių ir suderinamumo su naujos kartos akumuliatorių cheminėmis medžiagomis. Karboksimetilceliuliozė (CMC), pasižyminti unikaliomis savybėmis, tapo perspektyvia alternatyvia rišamąja medžiaga, siekiant pagerinti akumuliatoriaus veikimą ir tvarumą.

1. Karboksimetilceliuliozės (CMC) savybės:
CMC yra vandenyje tirpus celiuliozės, natūralaus polimero, kurio gausu augalų ląstelių sienelėse, darinys. Chemiškai modifikuojant karboksimetilo grupės (-CH2COOH) įvedamos į celiuliozės pagrindą, todėl pagerėja tirpumas ir pagerėjo funkcinės savybės. Kai kurios pagrindinės CMC savybės, susijusios su jo taikymu

(1) Baterijos apima:

Didelis sukibimo stiprumas: CMC pasižymi stipriomis sukibimo savybėmis, leidžiančiomis efektyviai surišti aktyvias medžiagas su srovės kolektoriaus paviršiumi ir taip pagerinti elektrodo stabilumą.
Geras plėvelės formavimo gebėjimas: CMC gali sudaryti vienodas ir tankias plėveles ant elektrodų paviršių, palengvindamas aktyvių medžiagų kapsuliavimą ir sustiprindamas elektrodo ir elektrolito sąveiką.
Suderinamumas su aplinka: Kadangi CMC yra biologiškai skaidus ir netoksiškas polimeras, gaunamas iš atsinaujinančių šaltinių, jis turi pranašumų aplinkai, palyginti su sintetiniais rišikliais, tokiais kaip PVDF.

2. CMC rišiklio naudojimas baterijose:

(1) Elektrodų gamyba:

CMC dažniausiai naudojamas kaip rišiklis gaminant įvairių tipų akumuliatorių elektrodus, įskaitant ličio jonų baterijas (LIB), natrio jonų baterijas (SIB) ir superkondensatorius.
LIB CMC pagerina aktyviosios medžiagos (pvz., ličio kobalto oksido, grafito) ir srovės kolektoriaus (pvz., vario folijos) sukibimą, todėl padidėja elektrodo vientisumas ir sumažėja delaminacija važiuojant dviračiu.
Panašiai, SIB, CMC pagrįsti elektrodai pasižymi geresniu stabilumu ir ciklo veikimu, palyginti su elektrodais su įprastais rišikliais.
Plėvelės formavimo gebėjimasCMCužtikrina vienodą aktyviųjų medžiagų padengimą ant srovės kolektoriaus, sumažindamas elektrodo poringumą ir pagerindamas jonų pernešimo kinetiką.

(2) Laidumo didinimas:

Nors pats CMC nėra laidus, jo įtraukimas į elektrodų sudėtį gali padidinti bendrą elektrodo elektrinį laidumą.
Siekiant sumažinti varžą, susijusią su CMC pagrindu pagamintais elektrodais, buvo naudojamos tokios strategijos, kaip laidžių priedų (pvz., suodžių, grafeno) pridėjimas kartu su CMC.
Hibridinės rišiklio sistemos, sujungiančios CMC su laidžiais polimerais arba anglies nanomedžiagomis, parodė daug žadančių rezultatų gerinant elektrodų laidumą neprarandant mechaninių savybių.

3. Elektrodo stabilumas ir važiavimo dviračiu našumas:

CMC vaidina lemiamą vaidmenį palaikant elektrodo stabilumą ir užkertant kelią aktyviam medžiagos atsiskyrimui ar aglomeracijai važiuojant dviračiu.
CMC suteikiamas lankstumas ir tvirtas sukibimas prisideda prie mechaninio elektrodų vientisumo, ypač esant dinaminėms įtempių sąlygoms įkrovimo-iškrovimo ciklų metu.
CMC hidrofilinis pobūdis padeda išlaikyti elektrolitą elektrodo struktūroje, užtikrinant ilgalaikį jonų transportavimą ir sumažinant talpos išblukimą ilgo ciklo metu.

4. Iššūkiai ir ateities perspektyvos:

Nors CMC rišiklio taikymas baterijose suteikia didelių pranašumų, yra keletas iššūkių ir galimybių tobulėti

(1) egzistuoja:

Padidintas laidumas: reikia atlikti tolesnius tyrimus, siekiant optimizuoti CMC pagrindu pagamintų elektrodų laidumą, naudojant naujoviškas rišiklio formules arba sinerginius derinius su laidžiais priedais.
Suderinamumas su High-Energy Che

mistries: norint naudoti CMC naujose baterijose, turinčiose didelį energijos tankį, pvz., ličio sieros ir ličio oro akumuliatoriuose, reikia atidžiai apsvarstyti jo stabilumą ir elektrochemines savybes.

(2) Mastelio keitimas ir ekonomiškumas:
Pramoninio masto CMC elektrodų gamyba turi būti ekonomiškai perspektyvi, todėl reikia ekonomiškų sintezės būdų ir keičiamo dydžio gamybos procesų.

(3) Aplinkos tvarumas:
Nors CMC teikia pranašumų aplinkai, palyginti su įprastiniais rišikliais, pastangos toliau didinti tvarumą, pavyzdžiui, naudojant perdirbtus celiuliozės šaltinius arba kuriant biologiškai skaidomus elektrolitus, yra pagrįstos.

Karboksimetilceliuliozė (CMC)Tai universali ir tvari rišamoji medžiaga, turinti didžiulį potencialą tobulinti baterijų technologiją. Dėl unikalaus sukibimo stiprumo, gebėjimo formuoti plėvelę ir suderinamumo su aplinka derinys yra patrauklus pasirinkimas norint pagerinti elektrodo veikimą ir stabilumą įvairiose baterijų cheminėse medžiagose. Nuolatinės mokslinių tyrimų ir plėtros pastangos, kuriomis siekiama optimizuoti CMC pagrįstas elektrodų formules, pagerinti laidumą ir spręsti mastelio keitimo problemas, sudarys sąlygas plačiai naudoti CMC naujos kartos baterijose, taip prisidedant prie švarios energijos technologijų pažangos.