Uporaba CMC veziva v baterijah

Na področju tehnologije baterij igra izbira vezivnega materiala ključno vlogo pri določanju zmogljivosti, stabilnosti in dolgoživosti baterije.Karboksimetil celuloza (CMC), vodotopen polimer, pridobljen iz celuloze, se je izkazal kot obetavno vezivo zaradi svojih izjemnih lastnosti, kot so visoka adhezijska trdnost, dobra sposobnost tvorjenja filma in okoljska združljivost.

Naraščajoče povpraševanje po visokozmogljivih baterijah v različnih panogah, vključno z avtomobilsko, elektroniko in obnovljivo energijo, je spodbudilo obsežna raziskovalna prizadevanja za razvoj novih materialov in tehnologij za baterije. Med ključnimi komponentami akumulatorja ima vezivo ključno vlogo pri imobilizaciji aktivnih materialov na tokovnem zbiralniku, kar zagotavlja učinkovite cikle polnjenja in praznjenja. Tradicionalna veziva, kot je poliviniliden fluorid (PVDF), imajo omejitve glede vpliva na okolje, mehanskih lastnosti in združljivosti s kemijo baterije naslednje generacije. Karboksimetil celuloza (CMC) s svojimi edinstvenimi lastnostmi se je izkazala kot obetaven alternativni vezivni material za izboljšanje delovanja in trajnosti baterije.

1. Lastnosti karboksimetil celuloze (CMC):
CMC je vodotopen derivat celuloze, naravnega polimera, ki ga je veliko v celičnih stenah rastlin. S kemično modifikacijo se karboksimetilne skupine (-CH2COOH) vnesejo v celulozno ogrodje, kar povzroči večjo topnost in izboljšane funkcionalne lastnosti. Nekatere ključne lastnosti CMC, pomembne za njegovo uporabo v

（1）baterije vključujejo:

Visoka trdnost oprijema: CMC ima močne adhezivne lastnosti, kar mu omogoča, da učinkovito veže aktivne materiale na površino zbiralnika toka in s tem izboljša stabilnost elektrode.
Dobra sposobnost tvorjenja filma: CMC lahko tvori enotne in goste filme na površinah elektrod, kar olajša inkapsulacijo aktivnih materialov in izboljša interakcijo med elektrodo in elektrolitom.
Okoljska združljivost: kot biološko razgradljiv in nestrupen polimer, pridobljen iz obnovljivih virov, CMC ponuja okoljske prednosti pred sintetičnimi vezivi, kot je PVDF.

2. Uporaba veziva CMC v baterijah:

（1）Izdelava elektrod:

CMC se običajno uporablja kot vezivo pri izdelavi elektrod za različne kemije baterij, vključno z litij-ionskimi baterijami (LIB), natrijevimi ionskimi baterijami (SIB) in superkondenzatorji.
V LIB-jih CMC izboljša oprijem med aktivnim materialom (npr. litij-kobaltov oksid, grafit) in zbiralnikom toka (npr. bakreno folijo), kar vodi do izboljšane celovitosti elektrod in zmanjšanega razslojevanja med kroženjem.
Podobno v SIB elektrode na osnovi CMC kažejo izboljšano stabilnost in ciklično zmogljivost v primerjavi z elektrodami z običajnimi vezivi.
Sposobnost tvorjenja filmaCMCzagotavlja enakomerno prevleko aktivnih materialov na zbiralniku toka, kar zmanjšuje poroznost elektrode in izboljša kinetiko transporta ionov.

（2）Izboljšanje prevodnosti:

Čeprav CMC sam ni prevoden, lahko njegova vključitev v formulacije elektrod poveča celotno električno prevodnost elektrode.
Za ublažitev impedance, povezane z elektrodami na osnovi CMC, so bile uporabljene strategije, kot je dodajanje prevodnih dodatkov (npr. saj, grafen) poleg CMC.
Hibridni vezivni sistemi, ki združujejo CMC s prevodnimi polimeri ali ogljikovimi nanomateriali, so pokazali obetavne rezultate pri izboljšanju prevodnosti elektrod brez žrtvovanja mehanskih lastnosti.

3. Stabilnost elektrode in ciklična zmogljivost:

CMC ima ključno vlogo pri ohranjanju stabilnosti elektrod in preprečevanju odvajanja ali aglomeracije aktivnega materiala med kroženjem.
Fleksibilnost in robustna oprijemljivost, ki ju zagotavlja CMC, prispevata k mehanski celovitosti elektrod, zlasti v pogojih dinamične napetosti med cikli polnjenja in praznjenja.
hidrofilna narava CMC pomaga pri zadrževanju elektrolita v strukturi elektrode, zagotavlja trajen transport ionov in zmanjšuje zmanjšanje zmogljivosti zaradi dolgotrajnega kroženja.

4. Izzivi in ​​prihodnje perspektive:

Medtem ko uporaba CMC veziva v baterijah ponuja znatne prednosti, je več izzivov in priložnosti za izboljšave

（1）obstaja:

Izboljšana prevodnost: potrebne so nadaljnje raziskave za optimizacijo prevodnosti elektrod na osnovi CMC, bodisi z inovativnimi formulacijami veziva ali sinergističnimi kombinacijami s prevodnimi dodatki.
Združljivost z High-Energy Che

mistrije: Uporaba CMC v nastajajočih baterijskih kemijah z visoko energijsko gostoto, kot so litij-žveplove in litij-zračne baterije, zahteva natančno preučitev njegove stabilnosti in elektrokemične učinkovitosti.

（2）Razširljivost in stroškovna učinkovitost:
Proizvodnja elektrod na osnovi CMC v industrijskem obsegu mora biti ekonomsko upravičena, kar zahteva stroškovno učinkovite poti sinteze in razširljive proizvodne procese.

（3）Okoljska trajnost:
Medtem ko CMC ponuja okoljske prednosti pred običajnimi vezivi, so prizadevanja za nadaljnje povečanje trajnosti, kot je uporaba virov reciklirane celuloze ali razvoj biorazgradljivih elektrolitov, upravičena.

Karboksimetil celuloza (CMC)predstavlja vsestranski in trajnostni vezivni material z ogromnim potencialom za napredek tehnologije baterij. Zaradi svoje edinstvene kombinacije adhezivne moči, zmožnosti oblikovanja filma in okoljske združljivosti je privlačna izbira za izboljšanje učinkovitosti in stabilnosti elektrod v različnih kemičnih sestavah baterij. Nadaljnja raziskovalna in razvojna prizadevanja, namenjena optimizaciji formulacij elektrod na osnovi CMC, izboljšanju prevodnosti in reševanju izzivov glede razširljivosti, bodo utrla pot za široko uporabo CMC v baterijah naslednje generacije, kar bo prispevalo k napredku tehnologij čiste energije.