I . polyacrylate (PAA) बाइंडर्स के लक्षण और लाभ
इलेक्ट्रोलाइट सॉल्वैंट्स में न्यूनतम सूजन: कम सूजन प्रदर्शित करता है, चार्ज/डिस्चार्ज चक्रों के दौरान इलेक्ट्रोड शीट की संरचनात्मक अखंडता बनाए रखना .
कार्बोक्सिल समूहों का उच्च अनुपात: ध्रुवीय कार्बोक्सिल समूहों का उच्च घनत्व हाइड्रॉक्सिल युक्त सक्रिय सामग्री के साथ मजबूत हाइड्रोजन बॉन्ड बनाता है, फैलाव स्थिरता को बढ़ाता है .
निरंतर फिल्म गठन: सामग्री सतहों पर एक समान फिल्म बनाता है, सक्रिय सामग्री और वर्तमान कलेक्टरों के बीच संपर्क में सुधार करता है .
उत्कृष्ट यांत्रिक स्थिरता: इलेक्ट्रोड निर्माण के दौरान प्रसंस्करण में आसानी की सुविधा .
बढ़ाया एसईआई गठन और साइकिलिंग प्रदर्शन: ध्रुवीय कार्यात्मक समूहों की उच्च एकाग्रता एक स्थिर ठोस इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेज़ (एसईआई) परत बनाने में सिलिकॉन सामग्री सतहों और एड्स के साथ हाइड्रोजन बॉन्डिंग को बढ़ावा देती है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर चक्र जीवन .}
Ii . विकास चुनौतियां
इलेक्ट्रोड के लिए पारंपरिक पीएए (पॉलीएक्रीलिक एसिड) बाइंडर सिस्टम आमतौर पर क्रॉस-लिंक्ड पीएए पॉलिमर का उपयोग एनोड बाइंडर . के रूप में एक उच्च-आणविक-वजन बहुलक के रूप में करते हैं, पीएए एक्ट्रिफ़्रेशन इंप्रूड्स के साथ उत्कृष्ट आसंजन, फैलाव स्थिरता, और कोरन इंप्रूड्स प्रदान करता है। विस्तारित इलेक्ट्रोड शीट जीवनकाल .
हालांकि, ध्रुवीय कार्यात्मक समूह PAA . की लंबी आणविक श्रृंखलाओं के भीतर हाइड्रोजन बॉन्डिंग की सुविधा प्रदान करते हैं, यह जंजीरों के मुक्त रोटेशन को प्रतिबंधित करता है, उनकी कठोरता को बढ़ाता है . नतीजतन, Paa- आधारित इलेक्ट्रोड शीट आम तौर पर गरीबों की गड़गड़ाहट को कम करने के लिए प्रेरित करता है, जो कि उनकी क्षमता को कम कर देता है। प्रक्रियाएं, और अंततः बैटरी इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन में सुधार को सीमित करता है .
III . बैटरी-ग्रेड PAA के व्यावहारिक अनुप्रयोगों में अनुसंधान प्रथाओं
1. सोडियम-आयन बैटरी हार्ड कार्बन एनोड्स
सोडियम-आयन बैटरी (SIB) के लिए हार्ड कार्बन एनोड्स के निर्माता PAA बाइंडरों पर कड़े आवश्यकताओं को लागू करते हैं . एक उच्च-गुणवत्ता, अत्यधिक लचीली PAA बाइंडर हार्ड कार्बन एनोड्स की संरचनात्मक अखंडता की रक्षा के लिए महत्वपूर्ण है .}
वर्तमान एसआईबी हार्ड कार्बन एनोड बाजार में, घटिया पीएए बाइंडरों का उपयोग करने से ऊंचा आंतरिक प्रतिरोध का खतरा बढ़ जाता है, बैटरी दक्षता और विश्वसनीयता को नकारात्मक रूप से प्रभावित करता है . इसके विपरीत, एक प्रीमियम, अत्यधिक लचीला पीएए बांधने की मशीन प्रभावी रूप से इन मुद्दों को कम करती है .}}
इलेक्ट्रोकेमिकल प्रदर्शन, चालकता, पर्यावरण अनुकूलनशीलता, और लचीले पीएए बाइंडर का संक्षारण प्रतिरोध भी महत्वपूर्ण कारक हैं, सीधे अंतिम हार्ड कार्बन एनोड उत्पाद की गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं .
अंतर्निहित विशेषताओं से परे, व्यावहारिक अनुप्रयोग प्रदर्शन मापदंडों जैसे कि बाइंडर विशेषताओं, ठोस सामग्री, आसंजन शक्ति, और पीएच स्तर . पर बहुत अधिक ध्यान केंद्रित करता है।
2. सिलिकॉन-आधारित एनोड्स
सिलिकॉन-आधारित लिथियम-आयन बैटरी एनोड्स पारंपरिक ग्रेफाइट . की तुलना में अधिक परिमाण का एक विशिष्ट क्षमता प्रदान करते हैं, हालांकि, स्थिर सिलिकॉन एनोड्स का गठन करना महत्वपूर्ण मात्रा में परिवर्तन के कारण चुनौतीपूर्ण है, जो कि इलेक्ट्रोकेमिकल मिश्र धातु के दौरान सिलिकॉन के साथ सिलिकॉन के साथ साइलिकन {.}} के लिए तैयार है। अनुसंधान कार्बोक्सिमिथाइल सेल्यूलोज (सीएमसी) और पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड (पीवीडीएफ) बाइंडर्स . का उपयोग करता है
प्रयोगात्मक अनुसंधान का एक महत्वपूर्ण शरीर इंगित करता है कि शुद्ध पीएए के पास सीएमसी के बराबर यांत्रिक गुण होते हैं, लेकिन इसमें कार्बोक्सिल कार्यात्मक समूहों की एक उच्च एकाग्रता होती है . यह पीएए को सी एनोड्स के लिए एक बाइंडर के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाता है, बेहतर प्रदर्शन . प्रदान करता है।
अनुसंधान आगे एनोड स्थिरता . कार्बन-लेपित एसआई नैनोपाउडर एनोड्स पर कार्बन कोटिंग के सकारात्मक प्रभाव को प्रदर्शित करता है (0 . 01 और 1 वी बनाम . ली+के बीच परीक्षण किया गया है, जो कि 15 wt%के रूप में कम स्तरों पर पीएए को शामिल करता है। पॉलीविनाइल अल्कोहल (पीवीए) श्रृंखला जैसे उपन्यास बाइंडरों की खोज के लिए।
अन्य सामग्रियों के साथ PAA क्रॉसलिंकिंग एक नई विकास दिशा का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें AA-CMC क्रॉस-लिंक्ड बाइंडर्स, PAA-PVA क्रॉस-लिंक्ड बाइंडर्स, PAA-PANI (पॉलीनिलिन) क्रॉस-लिंक्ड बाइंडर्स, और EDTA-PAA BINDERS . शामिल हैं।
3. PVA-G-PAA (PVA-Grafted-PAA)
एक उपन्यास पानी में घुलनशील बांधने की मशीन, PVA-G-PAA, को अत्यधिक लचीली PVA (पॉलीविनाइल अल्कोहल) . के साइड चेन पर PAA को ग्राफ्ट करके संश्लेषित किया जाता है
यह फ्री-रेडिकल ग्राफ्टिंग पॉलीमराइजेशन लोच का परिचय देता है, शुद्ध पीएए बाइंडर्स की संरचनात्मक सीमाओं के लिए क्षतिपूर्ति करता है .
इलेक्ट्रोड शीट निर्माण के दौरान, शीट के परिभाषित लंबाई के खंडों में अलग -अलग रोलर दबावों का उपयोग करके रोलिंग संघनन लगातार किया जाता है . यह प्रक्रिया शीट की कठोरता को बढ़ाती है, विकृति को कम करने, इलेक्ट्रोड विशिष्ट क्षमता को बढ़ाने, दर क्षमता में सुधार, और बैटरी चक्र जीवन . का विस्तार करना .
4. Paa Prelitithiation (lipaa)
सिलिकॉन-कार्बन (SI-C) सामग्री का अनुप्रयोग एनोड बाइंडर और प्रवाहकीय एजेंट सिस्टम पर उच्च मांगें करता है . पारंपरिक कठोर PVDF बाइंडर्स Si एनोड्स के लिए अनुपयुक्त हैं . एक्रिलिक PAA बाइंडरों में कार्बोबेट्स के साथ-साथ हाइड्रोजन बॉन्ड्स के साथ कई कार्बोक्सिल समूह शामिल हैं। सी एनोड्स . इस प्रकार, पीएए बाइंडर्स सी एनोड्स . के लिए अत्यधिक प्रभावी हैं
अध्ययनों से संकेत मिलता है कि लिथियम पॉलीएक्रिलेट (LIPAA) PAA को ही आउटपेरफॉर्म करता है, हालांकि अंतर्निहित कारण अस्पष्ट थे . लिपा के बेहतर प्रदर्शन . के पीछे तंत्र को स्पष्ट करने के लिए व्यापक शोध किया गया है।
15% नैनो-सी, 73% कृत्रिम ग्रेफाइट, 2% कार्बन ब्लैक, और 10% बाइंडर (या तो पीएए या लिपा) से बना इलेक्ट्रोड . का अध्ययन किया गया था, प्रारंभिक सुखाने के बाद, 100-200 डिग्री के लिए एक द्वितीयक सुखाने वाला कदम। ~ 610 mah/g paa- आधारित anodes . के लिए
NMC532 कैथोड का उपयोग करके पूर्ण कोशिकाओं के चक्र प्रदर्शन घटता है
चित्रा ए: लिपा बाइंडर वाली कोशिकाएं चक्र प्रदर्शन और माध्यमिक सुखाने के तापमान . के बीच कोई महत्वपूर्ण संबंध नहीं दिखाती हैं। NMC532 कैथोड ने C/3 पर 127 mah/g की प्रारंभिक क्षमता प्रदान की, 90 चक्रों के बाद ~ 91 mah/g की गिरावट आई ({6}}} .}
चित्रा बी: पीएए बाइंडर वाली कोशिकाएं द्वितीयक सुखाने के तापमान (120 डिग्री लाल, 140 डिग्री सोना, 160 डिग्री हरे, 180 डिग्री नीले) . पर एक स्पष्ट निर्भरता प्रदर्शित करती हैं सूखे सेल ने धीमी गति से नीचा दिखाया, ~ 71 mah/g . को बनाए रखा
प्रथम-चक्र Coulombic दक्षता (CE): लिपा कोशिकाओं ने ~ 84% हासिल किया (केवल 200 डिग्री लिपा सेल ~ 82% पर थोड़ा कम था) . उनकी कूलम्बिक दक्षता तेजी से ~ 99 . 6% से पहले 5 चक्रों के भीतर थी ~ 80% { ~ 75%), ~ 40 चक्रों की आवश्यकता होती है जो 99.6% CE तक पहुंचने के लिए - लिपा कोशिकाओं की तुलना में स्पष्ट रूप से धीमी है।
डिस्चार्ज (डीओडी) की 50% गहराई पर पल्स डिस्चार्ज परीक्षणों ने पीएए कोशिकाओं [नीचे संदर्भित आंकड़ा] की तुलना में लिपा कोशिकाओं में काफी कम आंतरिक प्रतिरोध का पता चला, इसके विपरीत, इसके विपरीत द्वितीयक सुखाने के तापमान के लिए कोई स्पष्ट लिंक नहीं है।
केविन ए . ह्यूज़ [नीचे संदर्भित चित्रा] द्वारा थर्मोग्रैविमेट्रिक विश्लेषण (टीजीए) ने दो मुख्य निर्जलीकरण चरणों की पहचान की: 1) नि: शुल्क पानी हटाने (~ 40 डिग्री), 2) adsorbed पानी हटाने (LIPAA ~ 75 डिग्री, Paa ~ 125 डिग्री) 85-190 डिग्री के बीच लिपा, कुछ कार्बोक्सिल समूहों के पोलीमराइजेशन के लिए जिम्मेदार है, जो पानी जारी करने वाले कुछ [संदर्भित प्रतिक्रिया] . को कम करता है, यह प्रतिक्रिया लिपा में कम स्पष्ट है, जहां Li ~ 80% कार्बोक्सिल समूहों . में है।
पीएए कार्बोक्सिल समूहों का उच्च तापमान पोलीमराइजेशन पीएए और एसआई के बीच बातचीत को कमजोर कर सकता है, संभावित रूप से उच्च तापमान वाले सूखे पीएए एनोड्स . के खराब चक्र के प्रदर्शन को समझाता है, हालांकि, पील स्ट्रेंथ टेस्ट ने दिखाया कि पीएए आसंजन उच्च सूखने वाले तापमान के साथ कम हो जाता है, यह अन्य कारकों के लिए उच्चतर होता है, यह अन्य कारकों के लिए अधिक होता है।
Ⅳ . निष्कर्ष
यह अध्ययन पीएए के चक्र प्रदर्शन . को कम क्षमता पर सीमित करने वाले एक प्रमुख कारक के रूप में खराब विद्युत रासायनिक स्थिरता की पहचान करता है, पीएए आंशिक रूपांतरण से गुजरता हैलिपा, हाइड्रोजन गैस उत्पन्न करना:
PAA + ... ->लिपा + h₂
यह प्रतिक्रिया लिपा कोशिकाओं (~ 84%) की तुलना में पीएए कोशिकाओं (~ 80%) के निचले प्रथम-चक्र सीई की व्याख्या करती है, और काफी लंबा समय (~ 40 चक्र बनाम .}<5 cycles) required for PAA cells to achieve high Coulombic efficiency (99.6%).
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