CMC-k bateriaren industrian erabiltzen du

Zer da sodio karboximetil zelulosa?

Sodio Carboxymethyl zelulosa, (ere deitzen zaio: Carboxymethyl zelulosa sodio gatza, Carboxymethyl zelulosa, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) munduan gehien erabiltzen den zuntz mota da, gehienezko dosia.

Cmc-na zelulosa deribatu bat da, 100~2000 polimerizazio-gradua eta 242,16-ko pisu molekularra duena. Hauts zuntz edo pikor zuria. Usainik, zaporerik gabeko, zaporerik gabeko, higroskopiko, disolbaezina disolbatzaile organikoetan. Paper hau, batez ere, sodio karboximetil zelulosa litio ioi bateriaren xehetasunetan aplikazioa ulertzeko.

Sodio karboximetil zelulosa aplikatzeko aurrerapena CMClitio ioietako baterietan

Gaur egun, polibinilideno fluoruroa [pVDF, (CH: A CF:)] oso erabilia da aglutinatzaile gisa litio ioizko baterien ekoizpenean. . PVDF garestia ez ezik, disolbatzaile organikoen ingurumenarekin errespetatzen den lehergaiak aplikatzeko prozesuan ere erabili behar dira, hala nola N metil zein alkano zetona (NMp) eta airearen hezetasun baldintzak ekoizpen prozesurako zorrozki, baita erraz txertatuta ere. metal litioa, litio grafito bigarren erreakzioa, batez ere tenperatura altua egoeran, ihes termiko arrisku espontaneoa. Sodio karboximetil zelulosa (CMC), uretan disolbagarria den aglutinatzailea, elektrodoen materialen pVDF-ren ordezko gisa erabiltzen da, eta horrek NMp erabiltzea saihestu dezake, kostuak murrizten ditu eta ingurumen-kutsadura murrizten du. Aldi berean, ekoizpen-prozesuak ez du ingurumen-hezetasuna behar, baina bateriaren ahalmena hobetu dezake, zikloaren bizitza luzatzen du. Artikulu honetan, CMC-k litio-ioizko bateriaren errendimenduan duen eginkizuna berrikusi zen, eta CMC-k bateriaren errendimendua hobetzeko mekanismoa laburtu zen egonkortasun termikoaren, eroankortasun elektrikoaren eta ezaugarri elektrokimikoen alderdietatik.

1. CMCren egitura eta errendimendua

1) CMC egitura

CMC, oro har, ordezkapen-gradu desberdinen arabera sailkatzen da (D), eta produktuaren morfologia eta errendimendua D-ek asko eragiten dute. LXie et al. Na-ren H bikote ezberdinen D-ekin THE CMC-a aztertu zuen. SEM analisiaren emaitzek erakutsi zuten CMC-Li-1 (Ds = 1,00) egitura granularra aurkezten zuela eta CMC-Li-2 (Ds = 0.62) egitura lineala. M. E et al-en ikerketek frogatu zuten CMC. Estireno butadienozko kautxuak (SBR) Li:O aglomerazioa eragotzi dezake eta interfazearen egitura egonkortu dezake, errendimendu elektrokimikorako onuragarria dena.

2) CMC errendimendua

2.1)Egonkortasun termikoa

Zj Han et al. aglutinatzaile ezberdinen egonkortasun termikoa aztertu zuen. pVDFren tenperatura kritikoa 4500C ingurukoa da. 500 ℃ra iristean, deskonposizio azkarra gertatzen da eta masa % 70 inguru murrizten da. Tenperatura 600 ℃ra iritsi zenean, masa gehiago % 70 murriztu zen. Tenperatura 300oC-ra iritsi zenean, CMC-Li-ren masa %70 murriztu zen. Tenperatura 400 ℃ra iritsi zenean, CMC-Li-ren masa % 10 murriztu zen. CMCLi pVDF baino errazago deskonposatzen da bateriaren iraupenaren amaieran.

2.2)Eroankortasun elektrikoa

S. Chou et al. ' ren proben emaitzek erakutsi zuten CMCLI-1, CMC-Li-2 eta pVDF-ren erresistentzia 0,3154 Mn·m eta 0,2634 Mn izan zela, hurrenez hurren. M eta 20,0365 Mn·m, pVDFren erresistibitatea CMCLirena baino handiagoa dela adieraziz, CMC-LIren eroankortasuna pVDFrena baino hobea dela eta CMCLI.1 eroankortasuna CMCLIrena baino txikiagoa dela.2.

2.3)Errendimendu elektrokimikoa

FM Courtel et al. polisulfonatoen (AQ) oinarritutako elektrodoen voltametria ziklikoen kurba aztertu zituen, aglutinatzaile desberdinak erabiltzen zirenean. Lokatzaile ezberdinek oxidazio eta erredukzio erreakzio desberdinak dituzte, beraz, potentzial gailurra ezberdina da. Horien artean, CMCLi-ren oxidazio-potentziala 2,15 V-koa da, eta erredukzio-potentziala 2,55 V-koa. pVDFren oxidazio potentziala eta murrizketa potentziala 2,605 V eta 1,950 V-koak ziren hurrenez hurren. Aurreko bi garaietako voltametria ziklikoko kurbekin alderatuta, CMCLi aglutinatzailea erabiltzen zenean oxidazio-erredukzio gailurraren potentzial-diferentzia gailurra txikiagoa zen pVDF erabili zenean baino, erreakzioa gutxiago oztopatu zela eta CMCLi aglutinatzailea aproposago zela adieraziz. oxidazio-erredukzio erreakzioa agertzea.

2. CMCren aplikazio-efektua eta mekanismoa

1) Aplikazioaren eragina

Pj Suo et al. pVDF eta CMC aglutinatzaile gisa erabiltzen zirenean Si/C material konposatuen errendimendu elektrokimikoa aztertu zuen, eta CMC erabiltzen zuen bateriak lehen aldiz 700mAh/g-ko gaitasun espezifiko itzulgarria zuela ikusi zuen eta oraindik 597mAh/g zuela 4O zikloren ondoren, hau da. pVDF erabiliz bateria baino handiagoa zen. Jh Lee et al. CMC-ren Ds-ek grafitoaren esekiduraren egonkortasunean duen eragina aztertu zuen eta esekiduraren kalitate likidoa Ds-ek zehazten zuela uste zuen. DS baxuan, CMCk propietate hidrofobiko handiak ditu, eta grafitoaren gainazaleko erreakzioa areagotu dezake ura euskarri gisa erabiltzen denean. CMC-k ere abantailak ditu silizio-aleazio-anodo materialen propietate ziklikoen egonkortasuna mantentzeko. NiO elektrodoak CMC eta pVDF aglutinatzaile kontzentrazio ezberdinekin (0,1mouL, 0,3mol/L eta 0,5mol/L) prestatu dira, eta 1,5-3,5V-tan kargatu eta deskargatu 0,1c-ko korrontearekin. Lehenengo zikloan, pVDF lotzaile-zelularen ahalmena CMC lotzaile-zelularena baino handiagoa izan zen. Ziklo-kopurua lO-ra iristen denean, pVDF aglutinatzailearen deskarga-ahalmena gutxitzen da, jakina. 4JD zikloen ondoren, 0.1movL, 0.3MOUL eta 0.5MovLPVDF aglutinatzaileen deskarga-ahalmen espezifikoak 250mAh/g, 157mAtv 'g eta 102mAh/g-ra jaitsi ziren, hurrenez hurren: 0.1 moL/L, 0.3 moL/L0.3 moL/L duten baterien deskarga-ahalmen espezifikoak. eta 0,5 moL/LCMC aglutinatzailea ziren 698 mAh/g, 555 mAh/g eta 550 mAh/g, hurrenez hurren.

CMC aglutinatzailea LiTI0-n erabiltzen da. : eta SnO2 nanopartikulak industria-ekoizpenean. CMC aglutinatzaile gisa erabiliz, LiFepO4 eta Li4TI50l2 material aktibo positibo eta negatibo gisa, hurrenez hurren, eta pYR14FS1 suaren aurkako elektrolito gisa erabiliz, bateria 150 aldiz ziklatu zen 0.1c-ko korrontearekin 1.5v ~ 3.5V tenperaturan, eta positiboa espezifikoa. kapazitatea 140mAh/g-n mantendu zen. CMC-ko gatz metaliko ezberdinen artean, CMCLik beste ioi metaliko batzuk sartzen ditu, zirkulazioan elektrolitoan "truke-erreakzioa (vii)" inhibi dezaketenak.

2) Errendimendua hobetzeko mekanismoa

CMC Li aglutinatzaileak AQ oinarrizko elektrodoaren errendimendu elektrokimikoa hobe dezake litiozko baterian. M. E et al. -4k mekanismoari buruzko aurretiazko azterketa bat egin zuen eta CMC-Li-ren banaketaren eredu bat proposatu zuen AQ elektrodoan. CMCLi-ren errendimendu ona OH batek sortutako hidrogeno-loturen lotura-efektu sendotik dator, sare-egituren eraketa eraginkorra laguntzen duena. CMC-Li hidrofiloa ez da elektrolito organikoan disolbatuko, beraz, egonkortasun ona du baterian eta elektrodoaren egiturari atxikimendu handia du, eta horrek egonkortasun ona du bateriak. Cmc-li lotzaileak Li eroankortasun ona du CMC-Li-ren kate molekularrean talde funtzional ugari dagoelako. Deskargan zehar, Lirekin diharduten substantzia eraginkorren bi iturri daude: (1) Li elektrolitoan; (2) Li CMC-Li-ren kate molekularrean substantzia aktiboaren zentro eraginkorretik gertu.

Hidroxilo taldearen eta hidroxilo taldearen erreakzioak karboximetil CMC-Li aglutinatzailean lotura kobalentea sortuko du; Eremu elektrikoaren indarraren eraginez, U kate molekularra edo ondoko kate molekularra transferi daiteke, hau da, kate molekularraren egitura ez da kaltetuko; Azkenean, Lj AQ partikularekin lotuko da. Horrek adierazten du CMCLi aplikazioak Li-ren transferentzia-eraginkortasuna hobetzen ez ezik, AQren erabilera-tasa ere hobetzen duela. Zenbat eta handiagoa izan cH: COOLi eta 10Li kate molekularrean, orduan eta errazagoa da Li transferentzia. M. Arrmand et al. uste zuten -COOH edo OH-ren konposatu organikoek 1 Lirekin erreakzionatu zezaketela eta potentzial baxuan 1 C00Li edo 1 0Li ekoitzi zezaketela. Elektrodoan CMCLi aglutinatzailearen mekanismoa gehiago aztertzeko, CMC-Li-1 erabili zen material aktibo gisa eta antzeko ondorioak lortu ziren. Li-k CMC Li-tik cH, COOH eta 0H batekin erreakzionatzen du eta cH sortzen du: COOLi eta 0” bat hurrenez hurren, (1) eta (2) ekuazioetan erakusten den moduan.

cH, COOLi eta OLi kopurua handitzen den heinean, CMC-Li-ren DS handitzen da. Honek erakusten du batez ere AQ partikulen gainazaleko aglutinatzailez osatutako geruza organikoa egonkorragoa eta Li transferitzeko errazago bihurtzen dela. CMCLi polimero eroale bat da, Li-k AQ partikulen gainazalera iristeko garraiobide bat eskaintzen diona. CMCLi aglutinatzaileek eroankortasun elektroniko eta ioniko ona dute, eta horrek errendimendu elektrokimiko ona eta CMCLi elektrodoen ziklo-bizitza luzea dakar. JS Bridel et al. litio-ioizko bateriaren anodoa prestatu zuen silizio/karbono/polimero material konposatuak erabiliz aglutinatzaile ezberdinekin, silizio eta polimeroen arteko elkarrekintzak bateriaren errendimendu orokorrean duen eragina aztertzeko, eta CMC-k aglutinatzaile gisa erabiltzen zuenean errendimendu onena zuela ikusi zuen. Silizioaren eta CMCren artean hidrogeno-lotura sendoa dago, auto-sendatzeko gaitasuna duena eta materialaren tentsio gero eta handiagoa egokitu dezake ziklo-prozesuan materialaren egituraren egonkortasuna mantentzeko. CMC aglutinatzaile gisa, silizio anodoaren ahalmena 1000 mAh/g-tik gora mantendu daiteke gutxienez 100 ziklotan, eta coulomb eraginkortasuna% 99,9tik gertu dago.

3, ondorioa

Lokatzaile gisa, CMC materiala elektrodo-material mota desberdinetan erabil daiteke, hala nola grafito naturala, karbono-mikroesfera meso-fasea (MCMB), litio titanatoa, eztainuan oinarritutako silizioan oinarritutako anodo materiala eta litio-burdina fosfatoaren anodo materiala, bateria hobetu dezakeena. ahalmena, ziklo-egonkortasuna eta ziklo-bizitza pYDF-rekin alderatuta. Onuragarria da CMC materialen egonkortasun termikorako, eroankortasun elektrikorako eta propietate elektrokimikoetarako. CMC-k bi mekanismo nagusi ditu litio ioietako baterien errendimendua hobetzeko:

(1) CMC-ren lotura egonkorrak bateriaren errendimendu egonkorra lortzeko ezinbesteko baldintza bat sortzen du;

(2) CMC-k elektroi eta ioien eroankortasun ona du eta Li transferentzia susta dezake