CMC بیٹری کی صنعت میں استعمال کرتا ہے۔

سوڈیم کاربوکسی میتھائل سیلولوز کیا ہے؟?

Sodium Carboxymethyl cellulose، (جسے کہا جاتا ہے: Carboxymethyl cellulose sodium salt, Carboxymethyl cellulose, CMC, Carboxymethyl, CelluloseSodium, SodiumsaltofCaboxyMethylCellulose) دنیا میں سب سے زیادہ استعمال ہونے والی فائبر کی اقسام ہیں، زیادہ سے زیادہ خوراک۔

Cmc-na ایک سیلولوز مشتق ہے جس کی پولیمرائزیشن ڈگری 100~2000 اور مالیکیولر وزن 242.16 ہے۔ سفید ریشے دار یا دانے دار پاؤڈر۔ بے بو، بے ذائقہ، بے ذائقہ، ہیگروسکوپک، نامیاتی سالوینٹس میں اگھلنشیل۔ یہ کاغذ بنیادی طور پر لتیم آئن بیٹری کی تفصیلات میں سوڈیم کاربوکسی میتھیل سیلولوز کی درخواست کو سمجھنے کے لیے ہے۔

سوڈیم کاربوکسی میتھائل سیلولوز کے استعمال میں پیشرفت سی ایم سیلتیم آئن بیٹریوں میں

اس وقت، پولی وینیلائیڈین فلورائڈ [pVDF, (CH: A CF:)] بڑے پیمانے پر لیتھیم آئن بیٹریوں کی تیاری میں بائنڈر کے طور پر استعمال ہوتا ہے۔ . پی وی ڈی ایف نہ صرف مہنگا ہے بلکہ اسے دھماکہ خیز مواد کے استعمال کے عمل میں بھی استعمال کرنے کی ضرورت ہے، نامیاتی سالوینٹس کے ماحول کے لیے دوستانہ، جیسے کہ این میتھائل جو کہ الکین کیٹون (NMp) اور پیداواری عمل کے لیے ہوا میں نمی کی ضروریات کو سختی سے، آسانی سے ایمبیڈڈ کے ساتھ۔ دھاتی لتیم، لتیم گریفائٹ ثانوی ردعمل، خاص طور پر اعلی درجہ حرارت کی حالت میں، تھرمل بھاگنے کا بے ساختہ خطرہ۔ Sodium carboxymethyl cellulose (CMC)، پانی میں گھلنشیل بائنڈر، الیکٹروڈ مواد کے لیے pVDF کے متبادل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جو NMp کے استعمال سے بچ سکتا ہے، اخراجات کو کم کر سکتا ہے اور ماحولیاتی آلودگی کو کم کر سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، پیداوار کے عمل کو ماحولیاتی نمی کی ضرورت نہیں ہے، لیکن یہ بیٹری کی صلاحیت کو بھی بہتر بنا سکتا ہے، سائیکل کی زندگی کو طول دے سکتا ہے. اس مقالے میں، لیتھیم آئن بیٹری کی کارکردگی میں سی ایم سی کے کردار کا جائزہ لیا گیا، اور بیٹری کی کارکردگی کو بہتر بنانے والے سی ایم سی کے طریقہ کار کو تھرمل استحکام، برقی چالکتا اور الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کے پہلوؤں سے خلاصہ کیا گیا۔

1. CMC کی ساخت اور کارکردگی

1) سی ایم سی ڈھانچہ

CMC کو عام طور پر مختلف درجے کے متبادل (Ds) سے درجہ بندی کیا جاتا ہے، اور مصنوعات کی شکل اور کارکردگی Ds سے بہت زیادہ متاثر ہوتی ہے۔ LXie et al. Na کے مختلف H جوڑوں کے Ds کے ساتھ CMC کا مطالعہ کیا۔ SEM تجزیہ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ CMC-Li-1 (Ds = 1.00) نے دانے دار ڈھانچہ پیش کیا، اور CMC-Li-2 (Ds = 0.62) نے لکیری ڈھانچہ پیش کیا۔ M. E et al کی تحقیق نے ثابت کیا کہ CMC. Styrene butadiene ربڑ (SBR) Li: O کے جمع ہونے کو روک سکتا ہے اور انٹرفیس کی ساخت کو مستحکم کر سکتا ہے، جو الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کے لیے فائدہ مند ہے۔

2) سی ایم سی کی کارکردگی

2.1)تھرمل استحکام

Zj Han et al. مختلف بائنڈرز کے تھرمل استحکام کا مطالعہ کیا۔ pVDF کا اہم درجہ حرارت تقریباً 4500C ہے۔ جب 500 ℃ تک پہنچ جاتا ہے، تو تیزی سے گلنا ہوتا ہے اور بڑے پیمانے پر تقریباً 70 فیصد کمی واقع ہوتی ہے۔ جب درجہ حرارت 600 ℃ تک پہنچ گیا تو بڑے پیمانے پر 70٪ کی کمی واقع ہوئی۔ جب درجہ حرارت 300oC تک پہنچ گیا تو CMC-Li کا ماس 70% کم ہو گیا۔ جب درجہ حرارت 400 ℃ تک پہنچ گیا، تو CMC-Li کی کمیت 10% کم ہو گئی۔ CMCLi بیٹری کی زندگی کے اختتام پر pVDF سے زیادہ آسانی سے گل جاتا ہے۔

2.2)برقی چالکتا

ایس چو وغیرہ۔ کے ٹیسٹ کے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ CMCLI-1، CMC-Li-2 اور pVDF کی مزاحمت بالترتیب 0.3154 Mn·m اور 0.2634 Mn تھی۔ M اور 20.0365 Mn·m، یہ بتاتا ہے کہ pVDF کی مزاحمت CMCLi سے زیادہ ہے، CMC-LI کی چالکتا pVDF سے بہتر ہے، اور CMCLI.1 کی چالکتا CMCLI.2 سے کم ہے۔

2.3)الیکٹرو کیمیکل کارکردگی

ایف ایم کورٹل وغیرہ۔ پولی سلفونیٹ (AQ) پر مبنی الیکٹروڈ کے سائکلک وولٹیمیٹری منحنی خطوط کا مطالعہ کیا جب مختلف بائنڈر استعمال کیے گئے تھے۔ مختلف بائنڈرز میں مختلف آکسیکرن اور کمی کے رد عمل ہوتے ہیں، اس لیے چوٹی کی صلاحیت مختلف ہوتی ہے۔ ان میں، CMCLi کی آکسیکرن صلاحیت 2.15V ہے، اور کمی کی صلاحیت 2.55V ہے۔ پی وی ڈی ایف کی آکسیکرن صلاحیت اور کمی کی صلاحیت بالترتیب 2.605 V اور 1.950 V تھی۔ پچھلے دو بار کے سائیکلک وولٹامیٹری منحنی خطوط کے مقابلے میں، جب CMCLi بائنڈر استعمال کیا گیا تھا تو آکسیڈیشن-ریڈکشن چوٹی کا ممکنہ فرق اس وقت سے چھوٹا تھا جب pVDF استعمال کیا گیا تھا، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ رد عمل میں کم رکاوٹ تھی اور CMCLi بائنڈر زیادہ سازگار تھا۔ آکسیکرن میں کمی کے رد عمل کی موجودگی۔

2. درخواست کا اثر اور سی ایم سی کا طریقہ کار

1) درخواست کا اثر

Pj Suo et al. جب pVDF اور CMC کو بائنڈر کے طور پر استعمال کیا گیا تو Si/C مرکب مواد کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کا مطالعہ کیا، اور پتہ چلا کہ CMC استعمال کرنے والی بیٹری میں پہلی بار 700mAh/g کی الٹ جانے والی مخصوص صلاحیت تھی اور 4O سائیکلوں کے بعد بھی 597mAh/g تھی، جو پی وی ڈی ایف کا استعمال کرتے ہوئے بیٹری سے بہتر تھا۔ Jh Lee et al. گریفائٹ معطلی کے استحکام پر CMC کے Ds کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کیا اور یقین کیا کہ معطلی کے مائع معیار کا تعین Ds سے ہوتا ہے۔ کم DS میں، CMC میں مضبوط ہائیڈروفوبک خصوصیات ہیں، اور جب پانی کو میڈیا کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تو گریفائٹ کی سطح کے ساتھ رد عمل کو بڑھا سکتا ہے۔ سی ایم سی کے سلیکون – ٹن الائے اینوڈ مواد کی سائیکلک خصوصیات کے استحکام کو برقرار رکھنے میں بھی فوائد ہیں۔ NiO الیکٹروڈ مختلف ارتکاز (0.1mouL، 0.3mol/L اور 0.5mol/L) CMC اور pVDF بائنڈر کے ساتھ تیار کیے گئے تھے، اور 0.1c کے کرنٹ کے ساتھ 1.5-3.5V پر چارج اور ڈسچارج کیے گئے تھے۔ پہلے سائیکل کے دوران، پی وی ڈی ایف بائنڈر سیل کی گنجائش سی ایم سی بائنڈر سیل سے زیادہ تھی۔ جب سائیکلوں کی تعداد lO تک پہنچ جاتی ہے، تو pVDF بائنڈر کی خارج ہونے والی صلاحیت واضح طور پر کم ہو جاتی ہے۔ 4JD سائیکلوں کے بعد، 0.1movL، 0.3MOUL اور 0.5MovLPVDF بائنڈرز کی مخصوص ڈسچارج صلاحیتیں بالترتیب 250mAh/g، 157mAtv 'g اور 102mAh/g تک کم ہو گئیں: moL/L0. moL/L0 کے ساتھ بیٹریوں کی ڈسچارج مخصوص صلاحیت۔ اور 0.5 moL/LCMC بائنڈر کو بالترتیب 698mAh/g، 555mAh/g اور 550mAh/g پر رکھا گیا تھا۔

CMC بائنڈر LiTI0 پر استعمال ہوتا ہے۔ : اور صنعتی پیداوار میں SnO2 نینو پارٹیکلز۔ CMC کو بائنڈر کے طور پر، LiFepO4 اور Li4TI50l2 کو بالترتیب مثبت اور منفی فعال مواد کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، اور pYR14FS1 کو شعلہ retardant الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کرتے ہوئے، بیٹری کو 1.5v ~ 3.5V درجہ حرارت پر 0.1c کرنٹ پر 150 بار سائیکل کیا گیا، اور مثبت مخصوص گنجائش 140mAh/g پر برقرار رکھی گئی۔ CMC میں مختلف دھاتی نمکیات میں سے، CMCLi دوسرے دھاتی آئنوں کو متعارف کراتی ہے، جو گردش کے دوران الیکٹرولائٹ میں "تبادلہ ردعمل (vii)" کو روک سکتی ہے۔

2) کارکردگی میں بہتری کا طریقہ کار

CMC لی بائنڈر لتیم بیٹری میں AQ بیس الیکٹروڈ کی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کو بہتر بنا سکتا ہے۔ ایم ای وغیرہ -4 نے میکانزم پر ایک ابتدائی مطالعہ کیا اور AQ الیکٹروڈ میں CMC-Li کی تقسیم کا ایک ماڈل تجویز کیا۔ CMCLi کی اچھی کارکردگی OH کے ذریعہ تیار کردہ ہائیڈروجن بانڈز کے مضبوط بانڈنگ اثر سے آتی ہے، جو میش ڈھانچے کی موثر تشکیل میں معاون ہے۔ ہائیڈرو فیلک CMC-Li نامیاتی الیکٹرولائٹ میں تحلیل نہیں ہوگی، لہذا اس کی بیٹری میں اچھی استحکام ہے، اور الیکٹروڈ کی ساخت میں مضبوط چپکنے والی ہے، جس کی وجہ سے بیٹری اچھی استحکام رکھتی ہے۔ Cmc-li بائنڈر میں اچھی Li conductivity ہے کیونکہ CMC-Li کی مالیکیولر چین پر ایک بڑی تعداد میں فنکشنل گروپس موجود ہیں۔ خارج ہونے کے دوران، لی کے ساتھ کام کرنے والے موثر مادوں کے دو ذرائع ہیں: (1) الیکٹرولائٹ میں لی؛ (2) فعال مادہ کے مؤثر مرکز کے قریب CMC-Li کی مالیکیولر چین پر لی۔

کاربوکسی میتھائل CMC-Li بائنڈر میں ہائیڈروکسیل گروپ اور ہائیڈروکسیل گروپ کا رد عمل کوونلنٹ بانڈ بنائے گا۔ الیکٹرک فیلڈ فورس کی کارروائی کے تحت، یو مالیکیولر چین یا ملحقہ مالیکیولر چین پر منتقل کر سکتا ہے، یعنی مالیکیولر چین کی ساخت کو نقصان نہیں پہنچے گا۔ بالآخر، Lj AQ ذرہ سے جڑ جائے گا۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ CMCLi کا اطلاق نہ صرف Li کی منتقلی کی کارکردگی کو بہتر بناتا ہے بلکہ AQ کے استعمال کی شرح کو بھی بہتر بناتا ہے۔ مالیکیولر چین میں chH: COOLi اور 10Li کا مواد جتنا زیادہ ہوگا، Li کی منتقلی اتنی ہی آسان ہوگی۔ ایم آرمنڈ وغیرہ۔ اس کا خیال تھا کہ -COOH یا OH کے نامیاتی مرکبات بالترتیب 1 Li کے ساتھ رد عمل ظاہر کر سکتے ہیں اور کم صلاحیت پر 1 C00Li یا 1 0Li پیدا کر سکتے ہیں۔ الیکٹروڈ میں CMCLi بائنڈر کے طریقہ کار کو مزید دریافت کرنے کے لیے، CMC-Li-1 کو فعال مواد کے طور پر استعمال کیا گیا اور اسی طرح کے نتائج حاصل کیے گئے۔ Li CMC Li سے ایک cH، COOH اور ایک 0H کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے اور cH پیدا کرتا ہے: COOLi اور ایک 0 “بالترتیب، جیسا کہ مساوات (1) اور (2) میں دکھایا گیا ہے۔

جیسے جیسے cH، COOLi، اور OLi کی تعداد بڑھتی ہے، CMC-Li کا DS بڑھتا ہے۔ اس سے پتہ چلتا ہے کہ بنیادی طور پر AQ پارٹیکل سطح بائنڈر پر مشتمل نامیاتی تہہ زیادہ مستحکم اور Li کی منتقلی میں آسان ہو جاتی ہے۔ CMCLi ایک کنڈکٹو پولیمر ہے جو لی کو AQ ذرات کی سطح تک پہنچنے کے لیے ٹرانسپورٹ کا راستہ فراہم کرتا ہے۔ CMCLi بائنڈرز میں اچھی الیکٹرانک اور ionic چالکتا ہے، جس کے نتیجے میں اچھی الیکٹرو کیمیکل کارکردگی اور CMCLi الیکٹروڈز کی لمبی سائیکل لائف ہوتی ہے۔ JS Bridel et al. بیٹری کی مجموعی کارکردگی پر سلکان اور پولیمر کے درمیان تعامل کے اثر و رسوخ کا مطالعہ کرنے کے لیے مختلف بائنڈرز کے ساتھ سلیکون/کاربن/پولیمر مرکب مواد کا استعمال کرتے ہوئے لیتھیم آئن بیٹری کا اینوڈ تیار کیا، اور پتہ چلا کہ بائنڈر کے طور پر استعمال ہونے پر CMC کی بہترین کارکردگی تھی۔ سلیکون اور سی ایم سی کے درمیان ایک مضبوط ہائیڈروجن بانڈ ہے، جس میں خود شفا یابی کی صلاحیت ہے اور یہ مادی ساخت کے استحکام کو برقرار رکھنے کے لیے سائیکلنگ کے عمل کے دوران مواد کے بڑھتے ہوئے دباؤ کو ایڈجسٹ کر سکتا ہے۔ بائنڈر کے طور پر CMC کے ساتھ، سلکان انوڈ کی صلاحیت کو کم از کم 100 چکروں میں 1000mAh/g سے اوپر رکھا جا سکتا ہے، اور کولمب کی کارکردگی 99.9% کے قریب ہے۔

3، نتیجہ

بائنڈر کے طور پر، سی ایم سی مواد کو مختلف قسم کے الیکٹروڈ مواد میں استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے کہ قدرتی گریفائٹ، میسو فیز کاربن مائیکرو اسپیئرز (MCMB)، لیتھیم ٹائٹانیٹ، ٹن پر مبنی سلکان پر مبنی اینوڈ میٹریل اور لیتھیم آئرن فاسفیٹ انوڈ مواد، جو بیٹری کو بہتر بنا سکتا ہے۔ پی وائی ڈی ایف کے مقابلے میں صلاحیت، سائیکل کا استحکام اور سائیکل کی زندگی۔ یہ تھرمل استحکام، برقی چالکتا اور CMC مواد کی الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کے لیے فائدہ مند ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریوں کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے CMC کے لیے دو اہم میکانزم ہیں:

(1) CMC کی مستحکم بانڈنگ کارکردگی مستحکم بیٹری کی کارکردگی کو حاصل کرنے کے لیے ایک ضروری شرط پیدا کرتی ہے۔

(2) سی ایم سی میں اچھی الیکٹران اور آئن چالکتا ہے اور وہ لی ٹرانسفر کو فروغ دے سکتا ہے۔