Zastosowanie spoiwa CMC w akumulatorach

W dziedzinie technologii akumulatora wybór materiału spoiwa odgrywa kluczową rolę w określaniu wydajności, stabilności i długowieczności baterii.Karboksymetyloceluloza (CMC), rozpuszczalny w wodzie polimer pochodzący z celulozy, pojawił się jako obiecujący spoiwo ze względu na wyjątkowe właściwości, takie jak wysoka siła adhezji, dobra zdolność tworzenia filmu i kompatybilność środowiska.

Rosnące zapotrzebowanie na akumulatory o wysokiej wydajności w różnych branżach, w tym samochodowe, elektroniczne i energii odnawialnej, pobudziło obszerne wysiłki badawcze w celu opracowania nowych materiałów i technologii akumulatorów. Wśród kluczowych elementów baterii spoiw odgrywa kluczową rolę w unieruchomieniu aktywnych materiałów na bieżącym kolektorze, zapewniając wydajne cykle ładowania i rozładowania. Tradycyjne segregatory, takie jak fluorek poliwinylidenowy (PVDF), mają ograniczenia pod względem wpływu środowiska, właściwości mechanicznych i kompatybilności z chemii akumulatorów nowej generacji. Carboxymetyloceluloza (CMC), o swoich unikalnych właściwościach, pojawiła się jako obiecujący alternatywny materiał spoiwa do poprawy wydajności baterii i zrównoważonego rozwoju.

1. Property karboksymetylocelulozy (CMC):
CMC jest rozpuszczalną w wodzie pochodną celulozy, naturalnego polimeru obfitego w ścianach roślinnych. Poprzez modyfikację chemiczną grupy karboksymetylowe (-ch2cooh) są wprowadzane do kręgosłupa celulozy, co powoduje zwiększoną rozpuszczalność i ulepszone właściwości funkcjonalne. Niektóre kluczowe właściwości CMC istotne dla jego zastosowania w

（1） Baterie obejmują:

Wysoka wytrzymałość na przyczepność: CMC wykazuje silne właściwości kleju, umożliwiając skuteczne wiązanie materiałów aktywnych z prądem kolektora, poprawiając w ten sposób stabilność elektrody.
Dobra zdolność do tworzenia filmu: CMC może tworzyć jednolite i gęste folie na powierzchniach elektrod, ułatwiając kapsułkowanie materiałów aktywnych i wzmacniając interakcję elektrody elektrolitu.
Kompatybilność środowiska: jako biodegradowalny i nietoksyczny polimer pochodzący ze źródeł odnawialnych, CMC oferuje korzyści środowiskowe w stosunku do syntetycznych spoiwa, takich jak PVDF.

2. Zastosowanie spoiwa CMC w akumulatorach:

（1） Wykonanie elektrody:

CMC jest powszechnie stosowany jako spoiwo w wytwarzaniu elektrod dla różnych chemii akumulatorów, w tym akumulatorów litowo-jonowych (LIB), baterii sodowo-jonowych (SIBS) i superkapacitorów.
W LIBS CMC poprawia przyczepność między materiałem aktywnym (np. Tlenek kobaltu litowego, grafit) a prądem kolekcjonera (np. Folia miedzi), prowadząc do zwiększonej integralności elektrody i zmniejszonego rozwarstwiania podczas jazdy na rowerze.
Podobnie w SIB elektrody oparte na CMC wykazują lepszą stabilność i wydajność cykliczną w porównaniu z elektrodami z konwencjonalnymi spoiwaczami.
Zdolność tworzenia filmuCMCZapewnia jednolitą powłokę aktywnych materiałów na bieżącym kolektorze, minimalizując porowatość elektrod i poprawiając kinetykę transportu jonów.

（2） Ulepszenie przewodności:

Chociaż sam CMC nie jest przewodzący, jego włączenie do preparatów elektrod może zwiększyć ogólną przewodność elektryczną elektrody.
Zastosowano strategie, takie jak dodanie dodatków przewodzących (np. Black, grafen) wraz z CMC w celu złagodzenia impedancji związanej z elektrodami na bazie CMC.
Hybrydowe systemy spoiwa łączące CMC z przewodzącymi polimerami lub nanomateriałami węglowymi wykazały obiecujące wyniki w poprawie przewodności elektrody bez poświęcania właściwości mechanicznych.

3. Stabilność elektrod i wydajność rowerowa:

CMC odgrywa kluczową rolę w utrzymywaniu stabilności elektrody i zapobieganiu oderwaniu się materiału lub aglomeracji podczas jazdy na rowerze.
Elastyczność i solidna przyczepność zapewniana przez CMC przyczyniają się do mechanicznej integralności elektrod, szczególnie w warunkach naprężeń dynamicznych podczas cykli ładowania ładowania.
Hydrofilowy charakter CMC pomaga zatrzymać elektrolit w strukturze elektrody, zapewniając trwały transport jonów i minimalizuje wydajność zniknięte nad przedłużającym się cyklem.

4. Challenges i przyszłe perspektywy:

Podczas gdy zastosowanie spoiwa CMC w akumulatorach oferuje znaczące zalety, kilka wyzwań i możliwości ulepszenia

（1） Istnieje:

Zwiększona przewodność: Konieczne są dalsze badania w celu zoptymalizowania przewodności elektrod opartych na CMC, albo poprzez innowacyjne preparaty spoiwa lub synergistyczne kombinacje z dodatkami przewodzącymi.
Kompatybilność z wysokoenergetyczną che

Mistries: Wykorzystanie CMC w pojawiających się chemii akumulatorów o wysokiej gęstości energii, takiej jak baterie litowo-siarkowe i baterie litowo-powietrzne, wymaga starannego rozważenia jego stabilności i wydajności elektrochemicznej.

（2） Skalowalność i opłacalność:
Produkcja elektrod opartych na CMC na skalę przemysłową musi być ekonomicznie opłacalna, co wymaga opłacalnych tras syntezy i skalowalnych procesów produkcyjnych.

（3） Zrównoważony rozwój środowiska:
Podczas gdy CMC oferuje korzyści środowiskowe w stosunku do konwencjonalnych spoiwa, uzasadnione są wysiłki w celu dalszego zwiększenia zrównoważonego rozwoju, takich jak wykorzystanie recyklingu źródeł celulozy lub opracowanie biodegradowalnych elektrolitów.

Karboksymetyloceluloza (CMC)Reprezentuje wszechstronny i zrównoważony materiał spoiwa o ogromnym potencjale postępującej technologii akumulatorów. Jego unikalna kombinacja siły kleju, zdolności do tworzenia folii i kompatybilności środowiskowej sprawia, że ​​jest to atrakcyjny wybór do zwiększenia wydajności i stabilności elektrody w szeregu chemii akumulatorów. Dalsze działania badawcze i rozwojowe mające na celu optymalizację preparatów elektrod opartych na CMC, poprawa przewodności i wyzwania skalowalności utorują drogę do powszechnego przyjęcia CMC w akumulatorach nowej generacji, przyczyniając się do rozwoju technologii czystej energii.