Aplikácia spojiva CMC v batériách

V oblasti technológie batérie hrá výber materiálu spojiva rozhodujúcu úlohu pri určovaní výkonu, stability a dlhovekosti batérie.Karboxymetylcelulóza (CMC), vo vode rozpustných polyméru odvodených z celulózy, sa objavil ako sľubné spojivo kvôli jeho výnimočným vlastnostiam, ako je vysoká pevnosť adhézie, dobré schopnosti tvorby filmu a environmentálnu kompatibilitu.

Zvyšujúci sa dopyt po vysokovýkonných batériách v rôznych odvetviach vrátane automobilového, elektroniky a obnoviteľnej energie podnietil rozsiahle výskumné úsilie o vývoj nových materiálov a technológií batérií. Medzi kľúčové komponenty batérie hrá spojivo rozhodujúcu úlohu pri imobilizácii aktívnych materiálov na súčasnom kolektore, čím sa zabezpečuje účinné cykly náboja a výboja. Tradičné spojivá, ako je polyvinylidén fluorid (PVDF), majú obmedzenia z hľadiska dopadu na životné prostredie, mechanických vlastností a kompatibility s chemickými batériami novej generácie. Karboxymetylcelulóza (CMC) sa s jej jedinečnými vlastnosťami objavila ako sľubný alternatívny materiál spojiva na zlepšenie výkonu a udržateľnosti batérie.

1.Property karboxymetylcelulózy (CMC):
CMC je vo vode rozpustný derivát celulózy, prírodný polymér bohatý na steny rastlinných buniek. Prostredníctvom chemickej modifikácie sa do chrbtice celulózy zavádzajú karboxymetyl skupiny (-ch2COOH), čo vedie k zvýšenej rozpustnosti a zlepšeniu funkčných vlastností. Niektoré kľúčové vlastnosti CMC relevantné pre jeho aplikáciu v

（1） Batérie zahŕňajú:

Vysoká pevnosť adhézie: CMC vykazuje silné adhezívne vlastnosti, čo jej umožňuje účinne viazať aktívne materiály na povrchový povrch kolektora, čím sa zlepšuje stabilita elektród.
Dobrá schopnosť tvorby filmu: CMC môže tvoriť rovnomerné a husté filmy na povrchoch elektród, uľahčujúce enkapsuláciu aktívnych materiálov a zvýšenie interakcie elektród-elektrtrolytov.
Environmentálna kompatibilita: Ako biologicky odbúrateľná a netoxická polymér odvodená z obnoviteľných zdrojov ponúka CMC environmentálne výhody oproti syntetickým spojivám, ako je PVDF.

2. Aplikácia spojiva CMC v batériách:

（1） Výroba elektród:

CMC sa bežne používa ako spojivo pri výrobe elektród pre rôzne chemické batérie vrátane lítium-iónových batérií (LIBS), batérií sodíkových iónov (SIB) a superkondenzátorov.
V LIBS CMC zlepšuje adhéziu medzi aktívnym materiálom (napr. Oxid kobaltu lítium, grafit) a prúdovým kolektorom (napr. Meďná fólia), čo vedie k zvýšenej integrite elektród a zníženej delaminácii počas cyklovania.
Podobne v SIB elektródy založené na CMC demonštrujú zlepšenú stabilitu a výkon cyklovania v porovnaní s elektródami s konvenčnými väzbami.
Schopnosť tvoriaca filmCMCZaisťuje rovnomerné povlak aktívnych materiálov na súčasnom kolektore, minimalizuje pórovitosť elektród a zlepšuje kinetiku iónového transportu.

（2） Zvýšenie vodivosti:

Zatiaľ čo samotný CMC nie je vodivý, jej začlenenie do formulácií elektród môže zvýšiť celkovú elektrickú vodivosť elektródy.
Na zmiernenie impedancie spojenej s elektródami založenými na CMC sa použili stratégie, ako je pridanie vodivých prísad (napr. Black, grafén) spolu s CMC.
Hybridné spojivo kombinujúce CMC s vodivými polymérmi alebo uhlíkovými nanomateriálmi preukázali sľubné výsledky k zlepšeniu vodivosti elektród bez obetovania mechanických vlastností.

3.Elektródová stabilita a výkon cyklistiky:

CMC hrá rozhodujúcu úlohu pri udržiavaní stability elektród a pri predchádzaní aktívneho oddelenia materiálu alebo aglomerácie počas cyklovania.
Flexibilita a robustná adhézia poskytovaná CMC prispieva k mechanickej integrite elektród, najmä v podmienkach dynamického napätia počas cyklov nabíjania.
Hydrofilná povaha CMC pomáha pri zachovaní elektrolytu v štruktúre elektród, čím sa zabezpečuje trvalý prenos iónov a minimalizuje kapacitu pri predĺženom cykle.

4. CHALLENGES A BUDÚCE PERSPECTIVE:

Zatiaľ čo aplikácia spojiva CMC v batériách ponúka významné výhody, niekoľko výziev a príležitostí na zlepšenie

（1） Existuje:

Zvýšená vodivosť: Na optimalizáciu vodivosti elektród založených na CMC je potrebný ďalší výskum, a to buď prostredníctvom inovatívnych formulácií spojiva alebo synergických kombinácií s vodivými prísadami.
Kompatibilita s vysokoenergetickým che

Nesporty: Využívanie CMC v rozvíjajúcich sa chémiách batérií s vysokou energetickou hustotou, ako sú lítium-síry a lítium-vzduch, si vyžaduje starostlivé zváženie jeho stability a elektrochemického výkonu.

（2） Škálovateľnosť a nákladová efektívnosť:
Priemyselná výroba elektród založených na CMC musí byť ekonomicky životaschopná, čo si vyžaduje nákladovo efektívne trasy syntézy a škálovateľné výrobné procesy.

（3） Environmentálna udržateľnosť:
Zatiaľ čo CMC ponúka environmentálne výhody oproti konvenčným spojkamom, je zaručené úsilie o zvýšenie udržateľnosti, ako je napríklad využívanie recyklovaných zdrojov celulózy alebo vývoj biologicky rozložiteľných elektrolytov.

Karboxymetylcelulóza (CMC)Predstavuje všestranný a udržateľný materiál spojiva s obrovským potenciálom pre pokrok v technológii batérií. Vďaka svojej jedinečnej kombinácii lepiacej sily, schopnosti tvorby filmu a kompatibility v oblasti životného prostredia z nej robí atraktívnu voľbu pre zlepšenie výkonu elektród a stability v rôznych chemikáciách batérií. Pokračujúce úsilie o výskum a vývoj zamerané na optimalizáciu formulácií elektród založených na CMC, zlepšenie vodivosti a riešenie problémov s škálovateľnosťou pripravia cestu pre rozsiahle prijatie CMC v batériách novej generácie, čo prispieva k pokroku technológií čistej energie.