Uporaba CMC veziva v baterijah

Na področju tehnologije akumulatorja ima izbira materiala za vezavo ključno vlogo pri določanju zmogljivosti, stabilnosti in dolgoživosti baterije.Karboksimetil celuloza (CMC), Topni polimer, ki izhaja iz celuloze, se je pojavil kot obetavno vezivo zaradi izjemnih lastnosti, kot so visoka trdnost adhezije, dobra sposobnost oblikovanja filma in združljivost okolja.

Vse večje povpraševanje po visokozmogljivih baterijah v različnih panogah, vključno z avtomobilsko, elektroniko in obnovljivo energijo, je spodbudilo obsežna raziskovalna prizadevanja za razvoj novih baterijskih materialov in tehnologij. Med ključnimi sestavnimi deli baterije ima vezivo ključno vlogo pri imobilizaciji aktivnih materialov na trenutni zbiralnik, kar zagotavlja učinkovite cikle polnjenja in praznjenja. Tradicionalne vezi, kot so poliviniliden fluorid (PVDF), imajo omejitve glede na vpliv na okolje, mehanske lastnosti in združljivost s kemijami baterije naslednje generacije. Karboksimetil celuloza (CMC) se je s svojimi edinstvenimi lastnostmi pojavila kot obetaven alternativni material veziva za izboljšanje učinkovitosti baterije in trajnosti.

1.Properties karboksimetil celuloze (CMC):
CMC je vodno topno derivat celuloze, naravni polimer, ki je obilen v rastlinskih celičnih stenah. S kemijsko spremembo se v hrbtenico vnesejo karboksimetil skupine (-ch2Cooh), kar ima za posledico povečano topnost in izboljšane funkcionalne lastnosti. Nekatere ključne lastnosti CMC, pomembne za njegovo uporabo v

（1） Baterije vključujejo:

Visoka adhezijska trdnost: CMC ima močne lepilne lastnosti, kar mu omogoča učinkovito vezavo aktivnih materialov na površino kolektorja toka in s tem izboljša stabilnost elektrode.
Dobra sposobnost oblikovanja filmov: CMC lahko tvori enakomerne in goste filme na površinah elektrod, kar olajša inkapsulacijo aktivnih materialov in izboljšanje interakcije elektrod-elektrolitov.
Okoljska združljivost: CMC kot biološko razgradljiv in netoksični polimer, ki izhaja iz obnovljivih virov, ponuja okoljske prednosti pred sintetičnimi vezivi, kot je PVDF.

2. Application of CMC veziva v baterijah:

（1） Izdelava elektrod:

CMC se običajno uporablja kot veziva pri izdelavi elektrod za različne kemije akumulatorja, vključno z litij-ionskimi baterijami (LIBS), natrijevo-ionskimi baterijami (SIBS) in superkondenzatorji.
V LIBS CMC izboljša adhezijo med aktivnim materialom (npr. Litijev kobaltni oksid, grafit) in trenutnim kolektorjem (npr. Bakrena folija), kar vodi do povečane celovitosti elektrode in zmanjšane razpleta med kolesarjenjem.
Podobno v SIBS elektrode na osnovi CMC kažejo izboljšano stabilnost in kolesarsko delovanje v primerjavi z elektrodami z običajnimi vezivi.
Sposobnost oblikovanja filmaCMCZagotavlja enakomerno prevleko aktivnih materialov na trenutnem kolektorju, zmanjšuje poroznost elektrode in izboljšuje kinetiko transporta ionov.

（2） Povečanje prevodnosti:

Medtem ko CMC sam ni prevoden, lahko njena vključitev v formulacije elektrod poveča celotno električno prevodnost elektrode.
Za ublažitev impedance, povezane z elektrodami na osnovi CMC, so bile uporabljene strategije, kot so dodajanje prevodnih dodatkov (npr. Ogljikovo črno, grafen), poleg CMC.
Hibridni vezivni sistemi, ki združujejo CMC s prevodnimi polimeri ali ogljikovimi nanomateriali, so pokazali obetavne rezultate pri izboljšanju prevodnosti elektrode, ne da bi pri tem žrtvovali mehanske lastnosti.

3. Elektrodna stabilnost in kolesarska zmogljivost:

CMC ima ključno vlogo pri ohranjanju stabilnosti elektrode in preprečevanju odvajanja aktivnega materiala ali aglomeracije med kolesarjenjem.
Prilagodljivost in močan oprijem, ki jo zagotavlja CMC, prispevata k mehanski celovitosti elektrod, zlasti v dinamičnih stresnih pogojih med cikli odpravljanja naboja.
Hidrofilna narava CMC pomaga pri zadrževanju elektrolita znotraj strukture elektrode, kar zagotavlja trajni transport ionov in zmanjšanje zmogljivosti zbledi zaradi dolgotrajnega kolesarjenja.

4.Callenge in prihodnje perspektive:

Medtem ko uporaba CMC veziva v baterijah ponuja velike prednosti, več izzivov in priložnosti za izboljšanje

（1） obstaja:

Izboljšana prevodnost: Potrebne so nadaljnje raziskave za optimizacijo prevodnosti elektrod, ki temeljijo na CMC, bodisi z inovativnimi vezivnimi formulacijami ali sinergističnimi kombinacijami s prevodnimi dodatki.
Združljivost z visokoenergijo CHE

MISTERJI: Uporaba CMC pri nastajajočih baterijskih kemikarijah z visoko energijsko gostoto, kot so litij-sulfur in litij-zrak baterije, zahteva natančno upoštevanje njegove stabilnosti in elektrokemijskih zmogljivosti.

（2） Razširljivost in stroškovno učinkovitost:
Industrijska proizvodnja elektrod na osnovi CMC mora biti ekonomsko izvedljiva, kar zahteva stroškovno učinkovite sinteze in razširljive proizvodne procese.

（3） Okoljska trajnost:
Medtem ko CMC ponuja okoljske prednosti pred konvencionalnimi vezivi, so upravičena prizadevanja za nadaljnje izboljšanje trajnosti, na primer z uporabo recikliranih virov celuloze ali razvoj biološko razgradljivih elektrolitov.

Karboksimetil celuloza (CMC)predstavlja vsestranski in trajnostni vezivni material z ogromnim potencialom za napredovanje tehnologije baterije. Njegova edinstvena kombinacija lepilne trdnosti, sposobnosti oblikovanja filma in združljivosti okolja je privlačna izbira za izboljšanje zmogljivosti in stabilnosti elektrode v različnih kemičnih akumulatorjih. Nadaljnja prizadevanja za raziskave in razvoj, namenjena optimizaciji formulacij elektrod na osnovi CMC, izboljšanju prevodnosti in reševanju izzivov skalabilnosti, bodo utirali pot za široko sprejetje CMC v baterijah nove generacije, kar bo prispevalo k napredku čiste energijske tehnologije.