Застосування сполучного CMC в батареях

У сфері акумуляторних технологій вибір сполучного матеріалу відіграє вирішальну роль у визначенні продуктивності, стабільності та довговічності акумулятора.Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ), водорозчинний полімер, отриманий з целюлози, став багатообіцяючим сполучним завдяки своїм винятковим властивостям, таким як висока адгезійна міцність, хороша здатність до плівкоутворення та екологічна сумісність.

Зростання попиту на високоефективні батареї в різних галузях промисловості, включаючи автомобільну, електронну та відновлювану енергетику, стимулювало широкі дослідницькі зусилля з розробки нових матеріалів і технологій для акумуляторів. Серед ключових компонентів батареї сполучна речовина відіграє вирішальну роль у знерухомленні активних матеріалів на струмоприймачі, забезпечуючи ефективні цикли заряду та розряду. Традиційні сполучні речовини, такі як полівініліденфторид (PVDF), мають обмеження щодо впливу на навколишнє середовище, механічних властивостей і сумісності з хімією акумуляторів нового покоління. Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ) з її унікальними властивостями стала багатообіцяючим альтернативним сполучним матеріалом для покращення продуктивності та довговічності акумулятора.

1. Властивості карбоксиметилцелюлози (CMC):
КМЦ – це водорозчинна похідна целюлози, природного полімеру, що міститься в клітинних стінках рослин. За допомогою хімічної модифікації карбоксиметильні групи (-CH2COOH) вводяться в целюлозну основу, що призводить до покращення розчинності та покращення функціональних властивостей. Деякі ключові властивості CMC, що стосуються його застосування в

（1）батареї включають:

Висока адгезійна міцність: CMC демонструє сильні адгезійні властивості, що дозволяє йому ефективно зв’язувати активні матеріали з поверхнею струмознімачів, тим самим покращуючи стабільність електрода.
Хороша плівкоутворююча здатність: КМЦ може утворювати рівномірні та щільні плівки на поверхнях електродів, полегшуючи інкапсуляцію активних матеріалів і посилюючи взаємодію електрод-електроліт.
Екологічна сумісність: як біологічно розкладаний і нетоксичний полімер, отриманий з відновлюваних джерел, КМЦ пропонує екологічні переваги перед синтетичними сполучними, такими як PVDF.

2. Застосування CMC Binder в батареях:

（1）Виготовлення електродів:

КМЦ зазвичай використовується як сполучна речовина при виготовленні електродів для різних хімічних батарей, включаючи літій-іонні батареї (LIB), натрієво-іонні батареї (SIB) і суперконденсатори.
У LIBs CMC покращує адгезію між активним матеріалом (наприклад, оксидом літію, кобальту, графітом) і струмоприймачем (наприклад, мідною фольгою), що призводить до покращення цілісності електрода та зменшення розшарування під час циклу.
Подібним чином у SIBs електроди на основі CMC демонструють покращену стабільність і циклічну продуктивність порівняно з електродами зі звичайними сполучними.
Плівкоутворююча здатністьCMCзабезпечує рівномірне покриття активних матеріалів на струмоприймачі, мінімізуючи пористість електрода та покращуючи кінетику транспорту іонів.

（2）Покращення провідності:

Хоча КМЦ сам по собі не є провідним, його включення в електродні композиції може підвищити загальну електропровідність електрода.
Такі стратегії, як додавання електропровідних добавок (наприклад, сажі, графену) поряд із КМЦ, використовувалися для зменшення опору, пов’язаного з електродами на основі КМЦ.
Гібридні сполучні системи, що поєднують CMC з електропровідними полімерами або вуглецевими наноматеріалами, показали багатообіцяючі результати в покращенні провідності електродів без шкоди для механічних властивостей.

3. Стабільність електрода та циклічна продуктивність:

КМЦ відіграє вирішальну роль у підтримці стабільності електрода та запобіганні від’єднанню чи агломерації активного матеріалу під час циклу.
Гнучкість і міцна адгезія, що забезпечує CMC, сприяють механічній цілісності електродів, особливо в умовах динамічного навантаження під час циклів заряду-розряду.
Гідрофільна природа КМЦ допомагає утримувати електроліт у структурі електрода, забезпечуючи постійний транспорт іонів і мінімізуючи втрату ємності під час тривалого циклу.

4. Виклики та перспективи на майбутнє:

У той час як застосування сполучного з КМЦ в батареях пропонує значні переваги, існує кілька проблем і можливостей для вдосконалення

（1）існують:

Покращена провідність: необхідні подальші дослідження для оптимізації провідності електродів на основі КМЦ за допомогою інноваційних сполучних складів або синергічних комбінацій з електропровідними добавками.
Сумісність з High-Energy Che

Міністерства: Використання КМЦ у нових хімікатах акумуляторів з високою щільністю енергії, таких як літій-сірчані та літій-повітряні батареї, вимагає ретельного розгляду його стабільності та електрохімічних характеристик.

（2）Маштабованість і економічна ефективність:
Промислове виробництво електродів на основі CMC має бути економічно життєздатним, що потребує економічно ефективних шляхів синтезу та масштабованих виробничих процесів.

（3）Екологічна стійкість:
Незважаючи на те, що КМЦ пропонує екологічні переваги перед звичайними зв’язуючими, зусилля щодо подальшого підвищення стійкості, такі як використання джерел переробленої целюлози або розробка електролітів, що біологічно розкладаються, виправдані.

Карбоксиметилцелюлоза (КМЦ)являє собою універсальний і стійкий сполучний матеріал з величезним потенціалом для вдосконалення технології акумуляторів. Його унікальне поєднання міцності адгезії, плівкоутворювальної здатності та екологічності робить його привабливим вибором для підвищення ефективності та стабільності електродів у різних хімікатах акумуляторів. Постійні дослідження та розробки, спрямовані на оптимізацію складу електродів на основі КМЦ, покращення провідності та вирішення проблем масштабованості, прокладуть шлях для широкого впровадження КМЦ в акумуляторах наступного покоління, сприяючи розвитку технологій чистої енергії.