የቀዳዳ ሲሊኮን ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁሶች ዝግጅት እና አፈጻጸም ማሻሻል

የሊቲየም-አዮን ባትሪዎች በዋናነት በከፍተኛ የኃይል ጥግግት አቅጣጫ እየተገነቡ ነው። በክፍል ሙቀት፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሶች ከሊቲየም ጋር ቅይጥ በሊቲየም የበለፀገ ምርት Li3.75Si ምዕራፍ ለማምረት እስከ 3572 mAh/g የተወሰነ አቅም ያለው ሲሆን ይህም ከግራፊት አሉታዊ ኤሌክትሮድ 372 mAh/g ቲዎሪካል ልዩ አቅም በጣም ከፍ ያለ ነው። ሆኖም፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሶች በተደጋጋሚ በሚሞላበት እና በሚለቀቅበት ሂደት፣ የSi እና Li3.75Si የደረጃ ለውጥ ከፍተኛ መጠን ያለው መስፋፋት (ወደ 300%) ሊያመጣ ይችላል፣ ይህም የኤሌክትሮድ ቁሶች መዋቅራዊ ዱቄት እና የSEI ፊልም ቀጣይነት ያለው መፈጠርን ያስከትላል፣ እና በመጨረሻም አቅሙ በፍጥነት እንዲቀንስ ያደርጋል። ኢንዱስትሪው በዋናነት በሲሊኮን ላይ የተመሰረተ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሶችን አፈፃፀም እና በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ባትሪዎችን መረጋጋት በናኖ መጠን፣ በካርቦን ሽፋን፣ በቀዳዳ ምስረታ እና በሌሎች ቴክኖሎጂዎች ያሻሽላል።

የካርቦን ቁሳቁሶች ጥሩ የኮንስትራክሽን፣ ዝቅተኛ ዋጋ እና ሰፊ ምንጮች አሏቸው። በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶችን የኮንስትራክሽን እና የገጽታ መረጋጋትን ሊያሻሽሉ ይችላሉ። በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮዶችን የአፈጻጸም ማሻሻያ ተጨማሪዎች አድርገው በምርጫነት ያገለግላሉ። የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁሶች በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮዶች ዋና የልማት አቅጣጫ ናቸው። የካርቦን ሽፋን በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶችን የገጽታ መረጋጋት ሊያሻሽል ይችላል፣ ነገር ግን የሲሊኮን መጠን መስፋፋትን የመከልከል ችሎታው አጠቃላይ ነው እና የሲሊኮን መጠን መስፋፋትን ችግር መፍታት አይችልም። ስለዚህ፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶችን መረጋጋት ለማሻሻል፣ ቀዳዳ ያላቸው መዋቅሮች መገንባት አለባቸው። የኳስ ወፍጮ ናኖማቴሪያሎችን ለማዘጋጀት በኢንዱስትሪ የዳበረ ዘዴ ነው። የተለያዩ ተጨማሪዎች ወይም የቁሳቁስ ክፍሎች በተቀናጀው ቁሳቁስ ዲዛይን መስፈርቶች መሠረት በኳስ ወፍጮ የተገኘውን ዝቃጭ ሊጨመሩ ይችላሉ። ዝቃጩ በተለያዩ ዝቃጮች በእኩል ይሰራጫል እና ይረጫል። በቅጽበት በማድረቅ ሂደት ውስጥ፣ በዝቃጩ ውስጥ ያሉ ናኖፓርቲክሎች እና ሌሎች ክፍሎች በድንገት ቀዳዳ ያላቸው መዋቅራዊ ባህሪያትን ይፈጥራሉ። ይህ ወረቀት ባለ ቀዳዳ ሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶችን ለማዘጋጀት በኢንዱስትሪ የበለፀገ እና ለአካባቢ ተስማሚ የሆነ የኳስ ወፍጮ እና የሚረጭ ማድረቂያ ቴክኖሎጂን ይጠቀማል።

የሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶች አፈፃፀም የሲሊኮን ናኖማቴሪያሎች ሞርፎሎጂ እና የስርጭት ባህሪያትን በመቆጣጠር ሊሻሻል ይችላል። በአሁኑ ጊዜ፣ የተለያዩ ሞርፎሎጂዎች እና የስርጭት ባህሪያት ያላቸው በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶች ተዘጋጅተዋል፣ ለምሳሌ እንደ ሲሊኮን ናኖሮድስ፣ ባለ ቀዳዳ ግራፋይት የተከተተ ናኖሲሊከን፣ በካርቦን ሉሎች ውስጥ የተከፋፈሉ ናኖሲሊከን፣ በሲሊኮን/ግራፊን አደራደር ባለ ቀዳዳ መዋቅሮች፣ ወዘተ። በተመሳሳይ ሚዛን፣ ከናኖፓርቲክሎች ጋር ሲነፃፀሩ፣ ናኖሸርቶች በመጠን መስፋፋት ምክንያት የሚመጣውን የመፍጨት ችግር በተሻለ ሁኔታ ሊገቱ ይችላሉ፣ እና ቁሱ ከፍተኛ የመጨመቅ ጥግግት አለው። የናኖሸርቶች ያልተስተካከለ መደራረብም ባለ ቀዳዳ መዋቅር ሊፈጥር ይችላል። የሲሊኮን ኔጌቲቭ ኤሌክትሮድ ልውውጥ ቡድንን ለመቀላቀል። የሲሊኮን ቁሳቁሶች የድምጽ መስፋፋት የመጠባበቂያ ቦታ ያቅርቡ። የካርቦን ናኖቱቦች (CNTs) ማስተዋወቅ የቁሳቁሱን ኮንዳክሽን ከማሻሻል ባለፈ፣ በአንድ-ልኬት ሞርፎሎጂካል ባህሪያቱ ምክንያት የቁሳቁሱን ባለ ቀዳዳ መዋቅሮች መፈጠርን ያበረታታል። በሲሊኮን ናኖሸርቶች እና በCNTዎች የተገነቡ ባለ ቀዳዳ መዋቅሮች ላይ ምንም ሪፖርቶች የሉም። ይህ ጽሑፍ በኢንዱስትሪ ደረጃ የሚመለከተውን የኳስ መፍጨት፣ መፍጨት እና መበታተን፣ የሚረጭ ማድረቅ፣ የካርቦን ቅድመ-ሽፋን እና የካልሲኔሽን ዘዴዎችን የሚጠቀም ሲሆን በዝግጅት ሂደት ውስጥ በሲሊኮን ናኖሼቶች እና CNTዎች በራስ-መገጣጠም የተፈጠሩ ባለ ቀዳዳ ሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሳቁሶችን ለማዘጋጀት ባለ ቀዳዳ ፕሮሞተሮችን ያስተዋውቃል። የዝግጅት ሂደቱ ቀላል፣ ለአካባቢ ተስማሚ ነው፣ እና ምንም የቆሻሻ ፈሳሽ ወይም የቆሻሻ ቅሪት አይፈጠርም። በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶች የካርቦን ሽፋን ላይ ብዙ የጽሑፍ ሪፖርቶች አሉ፣ ነገር ግን ስለ ሽፋን ውጤት ጥቂት ጥልቅ ውይይቶች አሉ። ይህ ወረቀት ሁለት የካርቦን ሽፋን ዘዴዎች፣ ፈሳሽ ደረጃ ሽፋን እና ጠንካራ ደረጃ ሽፋን፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሳቁሶች አፈፃፀም ላይ ያላቸውን ተጽእኖ ለመመርመር አስፋልት እንደ ካርቦን ምንጭ ይጠቀማል።

1 ሙከራ

1.1 የቁሳቁስ ዝግጅት

ቀዳዳ ያላቸው የሲሊኮን-ካርቦን ውህዶች ቁሳቁሶች ዝግጅት በዋናነት አምስት ደረጃዎችን ያካትታል፡- የኳስ መፍጨት፣ መፍጨት እና መበታተን፣ የሚረጭ ማድረቅ፣ የካርቦን ቅድመ-ሽፋን እና ካርቦኔዜሽን። በመጀመሪያ፣ 500 ግራም የመጀመሪያ የሲሊኮን ዱቄት (በአገር ውስጥ፣ 99.99% ንፅህና) ይመዝኑ፣ 2000 ግራም አይሶፕሮፓኖል ይጨምሩ እና ናኖ-ስኬል የሲሊኮን ዝቃጭ ለማግኘት በ2000 r/ደቂቃ እርጥብ የኳስ መፍጨት ያከናውን። የተገኘው የሲሊኮን ዝቃጭ ወደ ስርጭት ማስተላለፊያ ታንክ ይተላለፋል፣ እና ቁሳቁሶቹ በሲሊኮን የጅምላ ጥምርታ መሰረት ይጨመራሉ፡ ግራፋይት (በሻንጋይ የሚመረተው፣ የባትሪ ደረጃ)፡ የካርቦን ናኖቱቦች (በቲያንጂን የሚመረተው፣ የባትሪ ደረጃ)፡ ፖሊቪኒል ፒሮሊዶን (በቲያንጂን የሚመረተው፣ የትንታኔ ደረጃ) = 40:60:1.5:2። ኢሶፕሮፓኖል ጠንካራውን ይዘት ለማስተካከል የሚያገለግል ሲሆን ጠንካራው ይዘት 15% እንዲሆን የተነደፈ ነው። መፍጨት እና መበታተን የሚከናወነው በ3500 r/ደቂቃ የመበታተን ፍጥነት ለ4 ሰዓታት ነው። ሌላ የዝልግልግ ቡድን ሲኤንቲዎችን ሳይጨምሩ ይነጻጸራል፣ ሌሎቹ ቁሳቁሶችም ተመሳሳይ ናቸው። የተገኘው የተበታተነ ዝልግልግ ወደ የሚረጭ ማድረቂያ መመገቢያ ማጠራቀሚያ ይተላለፋል፣ እና የሚረጭ ማድረቂያ የሚከናወነው በናይትሮጅን የተጠበቀ ከባቢ አየር ውስጥ ሲሆን የመግቢያ እና የመውጫ የሙቀት መጠን በቅደም ተከተል 180 እና 90 °C ነው። ከዚያም ሁለት የካርቦን ሽፋን ዓይነቶች ተነጻጽረዋል፣ ጠንካራ የደረጃ ሽፋን እና ፈሳሽ የደረጃ ሽፋን። የድፍን የደረጃ ሽፋን ዘዴ፡ የሚረጭ የደረቀው ዱቄት ከ20% የአስፋልት ዱቄት (በኮሪያ የተሰራ፣ D50 5 μm ነው) ጋር ተቀላቅሏል፣ ለ10 ደቂቃ በሜካኒካል ማደባለቅ ውስጥ ተቀላቅሏል፣ እና የማደባለቅ ፍጥነት 2000 r/ደቂቃ ሲሆን ቅድመ-የተሸፈነ ዱቄት ለማግኘት ነው። የፈሳሽ የደረጃ ሽፋን ዘዴ፡ የሚረጭ የደረቀው ዱቄት በ55% ጠንካራ ይዘት ውስጥ በዱቄቱ ውስጥ የሚሟሟ 20% አስፋልት የያዘ የxylene መፍትሄ (በቲያንጂን የተሰራ፣ ትንታኔያዊ ደረጃ) ውስጥ ተጨምሮ በእኩል መጠን ይነሳሳል። በቫክዩም ምድጃ ውስጥ ለ4 ሰዓታት በ85°ሴ (85°ሴ) ይጋግሩ፣ ለመደባለቅ ሜካኒካል ማደባለቅ ውስጥ ያስቀምጡ፣ የማደባለቅ ፍጥነቱ 2000 r/ደቂቃ ሲሆን የማደባለቅ ጊዜ ደግሞ 10 ደቂቃ ነው። በመጨረሻም፣ አስቀድሞ የተሸፈነው ዱቄት በ5°ሴ/ደቂቃ የማሞቂያ ፍጥነት በናይትሮጅን ከባቢ አየር ስር በ rotary firefold ውስጥ በካልሲየም ተሸፍኗል። መጀመሪያ ለ2 ሰዓታት በ550°ሴ ቋሚ የሙቀት መጠን ተጠብቆ ቆይቷል፣ ከዚያም እስከ 800°ሴ ድረስ ማሞቅ ቀጥሏል እና ለ2 ሰዓታት በቋሚ የሙቀት መጠን ይቀመጣል፣ ከዚያም በተፈጥሮ ከ100°ሴ በታች ይቀዘቅዛል እና የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁስ ለማግኘት ይለቀቃል።

1.2 የባህሪይ ዘዴዎች

የቁሳቁሱ የቅንጣት መጠን ስርጭት የተተነተነው በዩኬ የተሰራውን የቅንጣት መጠን ሞካሪ (Mastersizer 2000 ስሪት፣ በዩኬ የተሰራ) በመጠቀም ነው። በእያንዳንዱ ደረጃ የተገኙት ዱቄቶች የዱቄቶቹን ሞርፎሎጂ እና መጠን ለመመርመር የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (Regulus8220፣ በጃፓን የተሰራ) በመቃኘት ተፈትነዋል። የቁሳቁሱ የደረጃ መዋቅር የተተነተነው በኤክስሬይ ዱቄት ዲፍራክሽን አናሊዘር (D8 ADVANCE፣ በጀርመን የተሰራ) ሲሆን የቁሳቁሱ ንጥረ ነገር ስብጥር በኢነርጂ ስፔክትረም አናሊዘር በመጠቀም ተተነተነ። የተገኘው የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁስ የሞዴል CR2032 የአዝራር ግማሽ ሴል ለመስራት ጥቅም ላይ ውሏል፣ እና የሲሊኮን-ካርቦን የጅምላ ጥምርታ፡ SP: CNT: CMC: SBR 92:2:2:1.5:2.5 ነበር። ቆጣሪው ኤሌክትሮድ የብረት ሊቲየም ወረቀት ነው፣ ኤሌክትሮላይቱ የንግድ ኤሌክትሮላይት ነው (ሞዴል 1901፣ በኮሪያ የተሰራ)፣ የሴልጋርድ 2320 ዲያፍራም ጥቅም ላይ ይውላል፣ የኃይል መሙያ እና የቮልቴጅ ክልል 0.005-1.5 V፣ የኃይል መሙያ እና የፍሰት ፍሰት 0.1 C (1C = 1A) ነው፣ እና የፍሰት መቁረጫ ጅረት 0.05 C ነው።

የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁሶችን አፈፃፀም የበለጠ ለመመርመር፣ የተለበጠ ትንሽ ለስላሳ ጥቅል ባትሪ 408595 ተሠራ። ፖዘቲቭ ኤሌክትሮዱ NCM811 (በሁናን የተሰራ፣ የባትሪ ደረጃ) ይጠቀማል፣ እና አሉታዊ ኤሌክትሮድ ግራፋይት በ8% ሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ ተሸፍኗል። ፖዘቲቭ ኤሌክትሮድ ስሉሪ ፎርሙላ 96% NCM811፣ 1.2% ፖሊቪኒሊዲን ፍሎራይድ (PVDF)፣ 2% ኮንዳክቲቭ ኤጀንት SP፣ 0.8% CNT እና NMP እንደ ማከፋፈያ ጥቅም ላይ ይውላል፤ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ስሉሪ ፎርሙላ 96% ኮምፖዚት ኔጌቲቭ ኤሌክትሮድ ቁሳቁስ፣ 1.3% CMC፣ 1.5% SBR 1.2% CNT ሲሆን ውሃ እንደ ማከፋፈያ ጥቅም ላይ ይውላል። ከተቀላቀለ በኋላ፣ ከሸፈነ፣ ከጠቀለለ፣ ከመቁረጥ፣ ከላሚኔሽን፣ ከታብ ብየዳ፣ ከማሸጊያ፣ ከመጋገር፣ ከፈሳሽ መርፌ፣ ከመፍጠር እና ከአቅም ክፍፍል በኋላ፣ 408595 የተለበጡ ትናንሽ ለስላሳ ጥቅል ባትሪዎች 3 Ah ደረጃ የተሰጣቸው አቅም አላቸው። የ0.2C፣ 0.5C፣ 1C፣ 2C እና 3C የፍጥነት አፈጻጸም እና የ0.5C ክፍያ እና የ1C ፈሳሽ ዑደት አፈጻጸም ተፈትነዋል። የኃይል መሙያ እና የፍሰት ቮልቴጅ ክልል 2.8-4.2 V፣ የማያቋርጥ የአሁኑ እና የማያቋርጥ የቮልቴጅ መሙላት እና የመቁረጥ ጅረት 0.5C ነበር።

2 ውጤቶች እና ውይይት

የመጀመሪያው የሲሊኮን ዱቄት የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ (SEM) በመቃኘት ታይቷል። የሲሊኮን ዱቄት መደበኛ ባልሆነ መልኩ ከ2 μm ያነሰ የቅንጣት መጠን ያለው ሲሆን በስእል 1(a) ላይ እንደሚታየው። የኳስ መፍጨት ከተደረገ በኋላ የሲሊኮን ዱቄት መጠን ወደ 100 nm አካባቢ በእጅጉ ቀንሷል [ምስል 1(b)]። የኳስ መፍጨት ከተደረገ በኋላ የሲሊኮን ዱቄት D50 110 nm እና D90 175 nm መሆኑን አሳይቷል። የኳስ መፍጨት ከተደረገ በኋላ የሲሊኮን ዱቄት ሞርፎሎጂ በጥንቃቄ መመርመር የተቆራረጠ መዋቅር ያሳያል (የተቆራረጠው መዋቅር መፈጠር በኋላ ላይ ከተሻጋሪው SEM የበለጠ ይረጋገጣል)። ስለዚህ፣ ከቅንጣት መጠን ሙከራ የተገኘው የD90 መረጃ የናኖሼት ርዝመት ልኬት መሆን አለበት። ከSEM ውጤቶች ጋር ተዳምሮ፣ የተገኘው የናኖሼት መጠን ቢያንስ በአንድ ልኬት በሚሞላበት እና በሚለቀቅበት ጊዜ ከሲሊኮን ዱቄት መሰበር 150 nm ወሳኝ እሴት ያነሰ መሆኑን ሊፈረድበት ይችላል። የተቆራረጠው ሞርፎሎጂ መፈጠር በዋናነት በክሪስታል ሲሊከን ክሪስታል ፕላኖች ውስጥ ባሉ የተለያዩ የመከፋፈል ኃይሎች ምክንያት ነው፣ ከእነዚህም ውስጥ የሲሊኮን ፕላን ከ{100} እና {110} ክሪስታል ፕላኖች ያነሰ የመከፋፈል ኃይል አለው። ስለዚህ፣ ይህ ክሪስታል ፕላን በኳስ መፍጨት በቀላሉ የሚቀንስ ሲሆን በመጨረሻም የተቆራረጠ መዋቅር ይፈጥራል። የተቆራረጠው መዋቅር ልቅ መዋቅሮችን ለማከማቸት ምቹ ነው፣ የሲሊኮን መጠን እንዲስፋፋ ቦታ ይይዛል፣ እና የቁሳቁሱን መረጋጋት ያሻሽላል።

ናኖ-ሲሊከን፣ ሲኤንቲ እና ግራፋይት የያዘው ዝቃጭ ተረጨ፣ እና ዱቄቱ ከመርጨቱ በፊት እና በኋላ በSEM ተመርምሯል። ውጤቶቹ በምስል 2 ላይ ይታያሉ። ከመርጨቱ በፊት የተጨመረው የግራፋይት ማትሪክስ ከ5 እስከ 20 μm መጠን ያለው የተለመደ የፍሌክ መዋቅር ነው [ምስል 2(a)]። የግራፋይት የቅንጣት መጠን ስርጭት ሙከራ D50 15 μm መሆኑን ያሳያል። ከተረጨ በኋላ የተገኘው ዱቄት ክብ ቅርጽ ያለው ሞርፎሎጂ አለው [ምስል 2(b)]፣ እና ግራፋይቱ ከተረጨ በኋላ በሽፋን ንብርብር እንደተሸፈነ ማየት ይቻላል። ከተረጨ በኋላ የዱቄቱ D50 26.2 μm ነው። የሁለተኛው ቅንጣቶች ሞርፎሎጂያዊ ባህሪያት በSEM ታይተዋል፣ ይህም በናኖማቴሪያሎች የተከማቸ ልቅ ቀዳዳ ያለው መዋቅር ባህሪያትን ያሳያል [ምስል 2(c)]። ቀዳዳ ያለው መዋቅር እርስ በእርስ ከተጠላለፉ የሲሊኮን ናኖሼቶች እና CNTዎች የተዋቀረ ነው [ምስል 2(d)]፣ እና የሙከራው የተወሰነ የገጽታ ስፋት (BET) እስከ 53.3 m2/g ድረስ ከፍ ያለ ነው። ስለዚህ፣ ከተረጨ በኋላ፣ የሲሊኮን ናኖሼቶች እና CNTዎች እራሳቸውን በማሰባሰብ ቀዳዳ ያለው መዋቅር ይፈጥራሉ።

ቀዳዳው ንብርብር በፈሳሽ ካርቦን ሽፋን ታክሟል፣ እና የካርቦን ሽፋን ቅድመ-ቅጥያ እና ካርቦኔዜሽን ከጨመረ በኋላ የSEM ምልከታ ተካሂዷል። ውጤቶቹ በምስል 3 ላይ ይታያሉ። የካርቦን ቅድመ-ቅብብሎሽ ከተደረገ በኋላ የሁለተኛው ቅንጣቶች ወለል ለስላሳ ይሆናል፣ ግልጽ የሆነ የሽፋን ንብርብር አለው፣ እና ሽፋኑ በስዕሎች 3(a) እና (b) ላይ እንደሚታየው ተጠናቋል። ከካርቦኔዜሽን በኋላ፣ የገጽታ ሽፋን ንብርብር ጥሩ የሽፋን ሁኔታ ይይዛል [ምስል 3(c)]። በተጨማሪም፣ የመስቀለኛ ክፍል የSEM ምስል የናኖሼቶች ሞርፎሎጂካል ባህሪያትን የሚያሟላ ስትሪፕ ቅርጽ ያላቸው ናኖፓርቲክሎችን ያሳያል [ምስል 3(d)]፣ ይህም ከኳስ መፍጨት በኋላ የሲሊኮን ናኖሼቶች መፈጠርን የበለጠ ያረጋግጣል። በተጨማሪም፣ ምስል 3(d) በአንዳንድ ናኖሼቶች መካከል መሙያዎች እንዳሉ ያሳያል። ይህ በዋነኝነት የሚከሰተው በፈሳሽ ደረጃ ሽፋን ዘዴ አጠቃቀም ምክንያት ነው። የአስፋልት መፍትሄው ወደ ቁሳቁሱ ውስጥ ዘልቆ ይገባል፣ ስለዚህም የውስጥ ሲሊኮን ናኖሼቶች ወለል የካርቦን ሽፋን መከላከያ ንብርብር ያገኛል። ስለዚህ፣ የፈሳሽ ደረጃ ሽፋንን በመጠቀም፣ ሁለተኛ ደረጃ ቅንጣት ሽፋን ውጤትን ከማግኘት በተጨማሪ፣ የዋናው ቅንጣት ሽፋን ድርብ የካርቦን ሽፋን ውጤትም ማግኘት ይቻላል። ካርቦናይዝድ ዱቄት በቢኤቲ ተፈትኗል፣ እና የሙከራው ውጤት 22.3 ሜ2/ግ ነበር።

የካርቦን ዳይኦክሳይድ ዱቄት የመስቀለኛ ክፍል የኢነርጂ ስፔክትረም ትንተና (EDS) ተደርጎበታል፣ እና ውጤቶቹ በምስል 4(a) ውስጥ ይታያሉ። የማይክሮን መጠን ያለው ኮር የC ክፍል ሲሆን ከግራፋይት ማትሪክስ ጋር የሚዛመድ ሲሆን ውጫዊው ሽፋን ደግሞ ሲሊከን እና ኦክስጅንን ይዟል። የሲሊኮንን አወቃቀር የበለጠ ለመመርመር የኤክስሬይ ዲፍራክሽን (XRD) ምርመራ ተካሂዷል፣ ውጤቶቹም በምስል 4(b) ውስጥ ይታያሉ። ቁሱ በዋናነት ከግራፋይት እና ከነጠላ ክሪስታል ሲሊከን የተዋቀረ ሲሆን ምንም ግልጽ የሲሊኮን ኦክሳይድ ባህሪያት የሉትም፣ ይህም የኢነርጂ ስፔክትረም ሙከራው የኦክስጅን ክፍል በዋናነት ከሲሊኮን ወለል ተፈጥሯዊ ኦክሳይድ የመጣ መሆኑን ያሳያል። የሲሊኮን-ካርቦን ውህድ ቁስ እንደ S1 ተመዝግቧል።

የተዘጋጀው የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ S1 የአዝራር አይነት ግማሽ ሴል ምርት እና የኃይል መሙያ-መውጫ ሙከራዎችን አድርጓል። የመጀመሪያው የኃይል መሙያ-መውጫ ኩርባ በስእል 5 ላይ ይታያል። የሚቀለበስ የተወሰነ አቅም 1000.8 mAh/g ሲሆን የመጀመሪያው ዑደት ውጤታማነት እስከ 93.9% ከፍ ያለ ሲሆን ይህም በሥነ-ጽሑፍ ውስጥ ከተዘገበው ቅድመ-ሊቲዬሽን ውጪ ካሉ አብዛኛዎቹ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሳቁሶች የመጀመሪያ ቅልጥፍና ከፍ ያለ ነው። ከፍተኛ የመጀመሪያ ቅልጥፍና የተዘጋጀው የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁስ ከፍተኛ መረጋጋት እንዳለው ያሳያል። ባለ ቀዳዳ መዋቅር፣ የሚመራ አውታረ መረብ እና የካርቦን ሽፋን በሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁሶች መረጋጋት ላይ የሚያስከትለውን ውጤት ለማረጋገጥ ሁለት ዓይነት የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁሶች CNT ሳይጨምሩ እና ያለ ዋና የካርቦን ሽፋን ተዘጋጅተዋል።

የሲሊንኮን-ካርቦን ውህድ ቁስ የካርቦን ዱቄት ሞርፎሎጂ CNT ሳይጨምር በስእል 6 ይታያል። ፈሳሽ ደረጃ ሽፋን እና ካርቦኔዜሽን ከተደረገ በኋላ፣ በምስል 6(a) ውስጥ በሁለተኛ ደረጃ ቅንጣቶች ወለል ላይ የሽፋን ንብርብር በግልጽ ሊታይ ይችላል። የካርቦኔዜድ ቁስ የመስቀል ክፍል SEM በስእል 6(b) ውስጥ ይታያል። የሲሊኮን ናኖሼቶች መደራረብ ቀዳዳ ያላቸው ባህሪያት አሉት፣ እና የቢኤቲ ሙከራ 16.6 ሜ2/ግ ነው። ሆኖም፣ ከሲኤንቲ ጋር ካለው ሁኔታ ጋር ሲነጻጸር [በስእል 3(መ) ላይ እንደሚታየው፣ የካርቦኔዜድ ዱቄቱ የቢኤቲ ሙከራ 22.3 ሜ2/ግ]፣ ውስጣዊው የናኖ-ሲሊከን የመደራረብ ጥግግት ከፍ ያለ ነው፣ ይህም የሲኤንቲ መጨመር ቀዳዳ ያለው መዋቅር እንዲፈጠር ሊያደርግ እንደሚችል ያሳያል። በተጨማሪም፣ ቁሱ በሲኤንቲ የተገነባ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ ኮንዳክቲቭ ኔትወርክ የለውም። የሲሊኮን-ካርቦን ውህድ ቁስ እንደ S2 ተመዝግቧል።

በጠንካራ-ደረጃ የካርቦን ሽፋን የተዘጋጀው የሲሊኮን-ካርቦን ውህድ ቁሳቁስ ሞርፎሎጂካል ባህሪያት በስእል 7 ላይ ይታያሉ። ከካርቦንኢዜሽን በኋላ፣ በስእል 7(ሀ) ላይ እንደሚታየው፣ በላዩ ላይ ግልጽ የሆነ የሽፋን ንብርብር አለ። ስእል 7(ለ) በመስቀለኛ ክፍል ውስጥ የስትሪፕ ቅርጽ ያላቸው ናኖፓርቲክሎች እንዳሉ ያሳያል፣ ይህም ከናኖ ሉሆች ሞርፎሎጂካል ባህሪያት ጋር ይዛመዳል። የናኖ ሉሆች ክምችት ቀዳዳ ያለው መዋቅር ይፈጥራል። በውስጣዊ ናኖ ሉሆች ወለል ላይ ግልጽ የሆነ መሙያ የለም፣ ይህም የጠጣር-ደረጃ የካርቦን ሽፋን ቀዳዳ ያለው መዋቅር ያለው የካርቦን ሽፋን ንብርብር ብቻ እንደሚፈጥር እና ለሲሊኮን ናኖ ሉሆች ውስጣዊ ሽፋን ንብርብር እንደሌለ ያሳያል። ይህ የሲሊኮን-ካርቦን ውህድ ቁሳቁስ እንደ S3 ተመዝግቧል።

የአዝራር አይነት ግማሽ-ሴል ክፍያ እና የመውጫ ሙከራ በS2 እና S3 ላይ ተካሂዷል። የS2 የተወሰነ አቅም እና የመጀመሪያ ቅልጥፍና በቅደም ተከተል 1120.2 mAh/g እና 84.8% ነበሩ፣ እና የS3 የተወሰነ አቅም እና የመጀመሪያ ቅልጥፍና በቅደም ተከተል 882.5 mAh/g እና 82.9% ነበሩ። የጠንካራ-ደረጃ ሽፋን ያለው የS3 ናሙና የተወሰነ አቅም እና የመጀመሪያ ቅልጥፍና ዝቅተኛው ነበር፣ ይህም የቀዳዳው መዋቅር የካርቦን ሽፋን ብቻ እንደተከናወነ እና የውስጣዊው የሲሊኮን ናኖሼቶች የካርቦን ሽፋን እንዳልተከናወነ ያሳያል፣ ይህም በሲሊኮን ላይ የተመሰረተው ቁሳቁስ የተወሰነ አቅም ሙሉ በሙሉ መጫወት እንደማይችል እና በሲሊኮን ላይ የተመሰረተውን ቁሳቁስ ወለል መጠበቅ እንደማይችል ያሳያል። የS2 ናሙና ያለ CNT የመጀመሪያው ቅልጥፍና CNT ከያዘው የሲሊኮን-ካርቦን ውህድ ቁሳቁስ ያነሰ ነበር፣ ይህም በጥሩ ሽፋን ንብርብር ላይ በመመስረት፣ የኮንዳክቲቭ ኔትወርክ እና ከፍተኛ ደረጃ ያለው ቀዳዳ መዋቅር የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ የኃይል መሙያ እና የመውጣት ውጤታማነትን ለማሻሻል ምቹ መሆናቸውን ያሳያል።

የS1 ሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ የፍጥነት አፈጻጸምን እና የዑደት አፈጻጸምን ለመመርመር ትንሽ ለስላሳ ጥቅል ሙሉ ባትሪ ለመስራት ጥቅም ላይ ውሏል። የመልቀቂያ ፍጥነት ኩርባው በምስል 8(a) ላይ ይታያል። የ0.2C፣ 0.5C፣ 1C፣ 2C እና 3C የመልቀቂያ አቅም በቅደም ተከተል 2.970፣ 2.999፣ 2.920፣ 2.176 እና 1.021 Ah ናቸው። የ1C የመልቀቂያ መጠን እስከ 98.3% ከፍ ያለ ነው፣ ነገር ግን የ2C የመልቀቂያ መጠን ወደ 73.3% ይወርዳል፣ እና የ3C የመልቀቂያ መጠን ወደ 34.4% ይቀንሳል። የሲሊኮን አሉታዊ የኤሌክትሮድ ልውውጥ ቡድንን ለመቀላቀል፣ እባክዎን WeChat: shimobang ያክሉ። በመሙላት ፍጥነት ረገድ፣ 0.2C፣ 0.5C፣ 1C፣ 2C እና 3C የመሙላት አቅም በቅደም ተከተል 3.186፣ 3.182፣ 3.081፣ 2.686 እና 2.289 Ah ናቸው። የ1C የኃይል መሙያ ፍጥነት 96.7% ሲሆን የ2C የኃይል መሙያ ፍጥነት አሁንም 84.3% ይደርሳል። ሆኖም ግን፣ በምስል 8(ለ) ላይ ያለውን የኃይል መሙያ ኩርባ በመመልከት፣ የ2C የኃይል መሙያ መድረክ ከ1C የኃይል መሙያ መድረክ በእጅጉ የሚበልጥ ሲሆን፣ የማያቋርጥ የቮልቴጅ የኃይል መሙያ አቅሙ ለአብዛኛው (55%) ተጠያቂ ነው፣ ይህም የ2C ኃይል መሙያ ባትሪ ፖላራይዜሽን ቀድሞውኑ በጣም ትልቅ መሆኑን ያሳያል። የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ በ1C ጥሩ የኃይል መሙያ እና የማስወጣት አፈጻጸም አለው፣ ነገር ግን የቁሱ መዋቅራዊ ባህሪያት ከፍ ያለ የፍጥነት አፈፃፀም ለማግኘት የበለጠ መሻሻል አለባቸው። በምስል 9 ላይ እንደሚታየው፣ ከ450 ዑደቶች በኋላ የአቅም ማቆየት መጠን 78% ሲሆን ጥሩ የዑደት አፈፃፀም ያሳያል።

የኤሌክትሮዱ የገጽታ ሁኔታ ከዑደቱ በፊት እና በኋላ በSEM ተመርምሯል፣ እና ውጤቶቹ በምስል 10 ላይ ይታያሉ። ከዑደቱ በፊት የግራፋይት እና የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁሶች ወለል ግልጽ ነው [ምስል 10(a)]፤ ከዑደቱ በኋላ፣ በላዩ ላይ የሽፋን ንብርብር በግልጽ ይፈጠራል [ምስል 10(b)]፣ ይህም ወፍራም የSEI ፊልም ነው። የSEI ፊልም ሸካራነት። ንቁ የሊቲየም ፍጆታ ከፍተኛ ነው፣ ይህም ለዑደቱ አፈፃፀም ምቹ አይደለም። ስለዚህ፣ ለስላሳ የSEI ፊልም መፈጠርን ማበረታታት (እንደ አርቲፊሻል SEI ፊልም ግንባታ፣ ተስማሚ የኤሌክትሮላይት ተጨማሪዎችን ማከል፣ ወዘተ) የዑደቱን አፈፃፀም ሊያሻሽል ይችላል። ከዑደቱ በኋላ የሲሊኮን-ካርቦን ቅንጣቶች የመስቀል ክፍል SEM ምልከታ [ምስል 10(c)] የመጀመሪያዎቹ ስትሪፕ ቅርጽ ያላቸው የሲሊኮን ናኖፓርቲክሎች የበለጠ ሻካራ እየሆኑ መጥተዋል እና ቀዳዳው መዋቅር በመሠረቱ ተወግዷል። ይህ በዋነኝነት የሚከሰተው በዑደቱ ወቅት የሲሊኮን-ካርቦን ቁሳቁስ ቀጣይነት ያለው የድምፅ መስፋፋት እና መኮማተር በመኖሩ ነው። ስለዚህ፣ በሲሊኮን ላይ የተመሠረተ ቁሳቁስ መጠን መስፋፋት በቂ የመጠባበቂያ ቦታ ለማቅረብ ቀዳዳው መዋቅር የበለጠ መሻሻል አለበት።

3 መደምደሚያ

በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሶች የድምጽ መስፋፋት፣ ደካማ የኮንስትራክሽን እና ደካማ የመገናኛ መረጋጋት ላይ በመመስረት፣ ይህ ጽሑፍ የሲሊኮን ናኖሼቶች ሞርፎሎጂ ቅርፅ፣ ቀዳዳ ያለው መዋቅር ግንባታ፣ የኮንስትራክሽን ኔትወርክ ግንባታ እና ሙሉ በሙሉ ሁለተኛ ደረጃ ቅንጣቶች የካርቦን ሽፋንን በመጠቀም የታለሙ ማሻሻያዎችን ያደርጋል፣ ይህም በአጠቃላይ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ አሉታዊ ኤሌክትሮድ ቁሶችን መረጋጋት ለማሻሻል ነው። የሲሊኮን ናኖሼቶች ክምችት ቀዳዳ ያለው መዋቅር ሊፈጥር ይችላል። የCNT መግቢያ ቀዳዳ ያለው መዋቅር መፈጠርን የበለጠ ያበረታታል። በፈሳሽ ምዕራፍ ሽፋን የተዘጋጀው የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁሳቁስ በጠንካራ ምዕራፍ ሽፋን ከተዘጋጀው ድርብ የካርቦን ሽፋን ውጤት አለው፣ እና ከፍተኛ የተወሰነ አቅም እና የመጀመሪያ ቅልጥፍናን ያሳያል። በተጨማሪም፣ CNT የያዘው የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁስ የመጀመሪያ ቅልጥፍና CNT ከሌለው ከፍ ያለ ነው፣ ይህም በዋናነት በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሶችን የድምፅ መስፋፋት ለማቃለል ባለው ከፍተኛ ደረጃ ምክንያት ነው። የCNT መግቢያ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ የኮንስትራክሽን አውታረ መረብ ይገነባል፣ በሲሊኮን ላይ የተመሰረቱ ቁሶች ኮንቮሲቲንግ ያሻሽላል እና በ1C ጥሩ የፍጥነት አፈፃፀም ያሳያል፤ እና ቁሱ ጥሩ የዑደት አፈፃፀም ያሳያል። ይሁን እንጂ የሲሊኮን መጠን እንዲሰፋ በቂ የመጠባበቂያ ቦታ ለማቅረብ እና ለስላሳ ቅርጽ እንዲፈጠር ለማድረግ የቁሳቁሱ ቀዳዳ ያለው መዋቅር የበለጠ መጠናከር አለበትእና የሲሊኮን-ካርቦን ኮምፖዚት ቁስ ዑደት አፈፃፀምን የበለጠ ለማሻሻል ጥቅጥቅ ያለ የSEI ፊልም።

እንዲሁም እንደ ኦክሳይድ፣ ስርጭት እና አኒሊንግ ባሉ ዋፈር ማቀነባበሪያዎች በስፋት ጥቅም ላይ የሚውሉ ከፍተኛ ንፁህ የሆኑ ግራፋይት እና ሲሊከን ካርቦይድ ምርቶችን እናቀርባለን።

ከመላው ዓለም የመጡ ደንበኞች ለተጨማሪ ውይይት እኛን እንዲጎበኙን እንኳን ደህና መጡ!

https://www.vet-china.com/