تحضير وتحسين أداء المواد المركبة من السيليكون والكربون المسامية

تتطور بطاريات الليثيوم أيون بشكل رئيسي نحو كثافة الطاقة العالية. عند درجة حرارة الغرفة، تتحد مواد القطب السالب المصنوعة من السيليكون مع الليثيوم لتكوين طور Li3.75Si الغني بالليثيوم، بسعة نوعية تصل إلى 3572 مللي أمبير/غرام، وهي أعلى بكثير من السعة النوعية النظرية للقطب السالب المصنوع من الجرافيت (372 مللي أمبير/غرام). مع ذلك، خلال عمليات الشحن والتفريغ المتكررة لمواد القطب السالب المصنوعة من السيليكون، قد يؤدي التحول الطوري للسيليكون وLi3.75Si إلى تمدد حجمي هائل (حوالي 300%)، مما يتسبب في تفتت بنية مواد القطب وتكوين طبقة SEI بشكل مستمر، وبالتالي انخفاض السعة بسرعة. يركز القطاع الصناعي بشكل أساسي على تحسين أداء مواد القطب السالب المصنوعة من السيليكون واستقرار بطاريات السيليكون من خلال تقنيات مثل التصغير النانوي، والطلاء الكربوني، وتكوين المسام.

تتميز المواد الكربونية بموصلية جيدة، وتكلفة منخفضة، ووفرة مصادرها. ويمكنها تحسين موصلية واستقرار سطح المواد السيليكونية. وتُستخدم بشكل أساسي كمضافات لتحسين أداء الأقطاب السالبة السيليكونية. وتُعدّ مواد السيليكون الكربونية الاتجاه السائد لتطوير الأقطاب السالبة السيليكونية. يُمكن لطلاء الكربون تحسين استقرار سطح المواد السيليكونية، إلا أن قدرته على كبح تمدد حجم السيليكون محدودة ولا تُعالج مشكلة تمدد حجم السيليكون بشكل كامل. لذا، ولتحسين استقرار المواد السيليكونية، يلزم إنشاء هياكل مسامية. يُعدّ الطحن الكروي طريقة صناعية لتحضير المواد النانوية. يُمكن إضافة إضافات أو مكونات مادية مختلفة إلى المعلق الناتج عن الطحن الكروي وفقًا لمتطلبات تصميم المادة المركبة. يُوزّع المعلق بالتساوي في طبقات مختلفة ويُجفف بالرش. خلال عملية التجفيف الفوري، تُشكّل الجسيمات النانوية والمكونات الأخرى في المعلق تلقائيًا خصائص هيكلية مسامية. تستخدم هذه الورقة البحثية تقنية الطحن الكروي والتجفيف بالرش الصناعية والصديقة للبيئة لإعداد مواد مسامية قائمة على السيليكون.

يمكن تحسين أداء المواد القائمة على السيليكون من خلال تنظيم مورفولوجيا وتوزيع جسيمات السيليكون النانوية. وقد تم تحضير مواد سيليكونية ذات مورفولوجيات وتوزيعات متنوعة، مثل قضبان السيليكون النانوية، والسيليكون النانوي المدمج في الجرافيت المسامي، والسيليكون النانوي الموزع في كرات الكربون، وهياكل السيليكون/الجرافين المسامية، وغيرها. وعلى نفس النطاق، وبالمقارنة مع الجسيمات النانوية، تُعدّ الصفائح النانوية أكثر فعالية في كبح مشكلة التكسير الناتجة عن التمدد الحجمي، كما تتميز بكثافة تماسك أعلى. ويمكن أن يُشكّل التراص غير المنتظم للصفائح النانوية بنية مسامية، حيث تنضم إلى مجموعة تبادل قطب السيليكون السالب، مما يوفر مساحة عازلة للتمدد الحجمي لمواد السيليكون. ولا يُحسّن إدخال أنابيب الكربون النانوية (CNTs) موصلية المادة فحسب، بل يُعزز أيضًا تكوين هياكل مسامية فيها نظرًا لخصائصها المورفولوجية أحادية البعد. ولا توجد تقارير منشورة حول الهياكل المسامية المُكوّنة من صفائح السيليكون النانوية وأنابيب الكربون النانوية. تعتمد هذه الورقة البحثية على طرق الطحن الكروي والتشتيت والتجفيف بالرش والطلاء المسبق بالكربون والتكليس، وهي طرق قابلة للتطبيق صناعيًا، وتُدخل مُحسِّنات المسامية في عملية التحضير لإنتاج مواد قطب سالب مسامية قائمة على السيليكون، تتكون من التجميع الذاتي لألواح السيليكون النانوية وأنابيب الكربون النانوية. تتميز عملية التحضير بالبساطة والملاءمة للبيئة، ولا تُنتج أي سوائل أو مخلفات. على الرغم من وجود العديد من الدراسات المنشورة حول طلاء المواد القائمة على السيليكون بالكربون، إلا أن هناك القليل من المناقشات المتعمقة حول تأثير هذا الطلاء. تستخدم هذه الورقة البحثية الأسفلت كمصدر للكربون لدراسة تأثير طريقتين لطلاء الكربون، وهما الطلاء في الطور السائل والطلاء في الطور الصلب، على فعالية الطلاء وأداء مواد القطب السالب القائمة على السيليكون.

1. التجربة

1.1 تحضير المواد

تتضمن عملية تحضير المواد المركبة المسامية من السيليكون والكربون خمس خطوات رئيسية: الطحن الكروي، والطحن والتشتيت، والتجفيف بالرش، والطلاء المسبق بالكربون، والتفحيم. في البداية، يُوزن 500 غرام من مسحوق السيليكون الأولي (محلي، نقاوة 99.99%)، ويُضاف إليه 2000 غرام من الإيزوبروبانول، ثم يُجرى الطحن الكروي الرطب بسرعة 2000 دورة/دقيقة لمدة 24 ساعة للحصول على معلق سيليكون نانوي. يُنقل معلق السيليكون الناتج إلى خزان نقل التشتيت، وتُضاف المواد وفقًا للنسبة الوزنية التالية: السيليكون: الجرافيت (مُنتج في شنغهاي، درجة بطاريات): أنابيب الكربون النانوية (مُنتجة في تيانجين، درجة بطاريات): بولي فينيل بيروليدون (مُنتج في تيانجين، درجة تحليلية) = 40:60:1.5:2. يُستخدم الإيزوبروبانول لضبط نسبة المواد الصلبة، والتي صُممت لتكون 15%. تُجرى عملية الطحن والتشتيت بسرعة تشتيت تبلغ 3500 دورة/دقيقة لمدة 4 ساعات. ثم تُقارن مجموعة أخرى من المعلقات بدون إضافة أنابيب الكربون النانوية، مع بقاء المواد الأخرى كما هي. يُنقل المعلق المشتت الناتج إلى خزان تغذية التجفيف بالرش، حيث يُجرى التجفيف في جو محمي بالنيتروجين، بدرجات حرارة دخول وخروج تبلغ 180 و90 درجة مئوية على التوالي. بعد ذلك، تمت مقارنة نوعين من طلاء الكربون: الطلاء بالطور الصلب والطلاء بالطور السائل. طريقة الطلاء بالطور الصلب هي: يُخلط المسحوق المجفف بالرش مع 20% من مسحوق الأسفلت (مصنوع في كوريا، D50 = 5 ميكرومتر)، ويُخلط في خلاط ميكانيكي لمدة 10 دقائق بسرعة خلط تبلغ 2000 دورة/دقيقة للحصول على مسحوق مطلي مسبقًا. طريقة الطلاء بالطور السائل هي كالتالي: يُضاف المسحوق المجفف بالرش إلى محلول الزيلين (مصنّع في تيانجين، بدرجة نقاء تحليلية) يحتوي على 20% من الأسفلت المذاب في المسحوق بنسبة مواد صلبة تبلغ 55%، ويُحرّك المزيج جيدًا تحت فراغ. يُخبز المزيج في فرن تفريغ عند 85 درجة مئوية لمدة 4 ساعات، ثم يُوضع في خلاط ميكانيكي للخلط بسرعة 2000 دورة في الدقيقة لمدة 10 دقائق للحصول على مسحوق مطلي مسبقًا. أخيرًا، يُكلس المسحوق المطلي مسبقًا في فرن دوار تحت جو من النيتروجين بمعدل تسخين 5 درجات مئوية في الدقيقة. يُحفظ أولًا عند درجة حرارة ثابتة 550 درجة مئوية لمدة ساعتين، ثم يُرفع تدريجيًا إلى 800 درجة مئوية ويُحفظ عند درجة حرارة ثابتة لمدة ساعتين، ثم يُبرد تدريجيًا إلى أقل من 100 درجة مئوية ويُفرغ للحصول على مادة مركبة من السيليكون والكربون.

1.2 طرق التوصيف

تم تحليل توزيع حجم الجسيمات للمادة باستخدام جهاز قياس حجم الجسيمات (Mastersizer 2000، صنع في المملكة المتحدة). وخضعت المساحيق الناتجة في كل خطوة لاختبار المجهر الإلكتروني الماسح (Regulus8220، صنع في اليابان) لفحص شكلها وحجمها. وتم تحليل البنية الطورية للمادة باستخدام محلل حيود الأشعة السينية للمساحيق (D8 ADVANCE، صنع في ألمانيا)، كما تم تحليل التركيب العنصري للمادة باستخدام محلل طيف الطاقة. استُخدمت مادة السيليكون-الكربون المركبة الناتجة في صنع نصف خلية زرية من طراز CR2032، وكانت النسبة الوزنية للسيليكون-الكربون: SP: CNT: CMC: SBR هي 92:2:2:1.5:2.5. القطب المضاد عبارة عن صفيحة من الليثيوم المعدني، والإلكتروليت عبارة عن إلكتروليت تجاري (طراز 1901، صنع في كوريا)، ويتم استخدام غشاء Celgard 2320، ونطاق جهد الشحن والتفريغ هو 0.005-1.5 فولت، وتيار الشحن والتفريغ هو 0.1 C (1C = 1A)، وتيار قطع التفريغ هو 0.05 C.

بهدف دراسة أداء المواد المركبة من السيليكون والكربون، تم تصنيع بطارية 408595 صغيرة الحجم ذات غلاف مرن ومصفح. يستخدم القطب الموجب مادة NCM811 (مصنعة في هونان، من فئة البطاريات)، بينما تم تطعيم الجرافيت في القطب السالب بنسبة 8% من مادة السيليكون والكربون. تتكون تركيبة معجون القطب الموجب من 96% NCM811، و1.2% من فلوريد البولي فينيليدين (PVDF)، و2% من عامل التوصيل SP، و0.8% من أنابيب الكربون النانوية (CNT)، ويُستخدم NMP كمشتت. أما تركيبة معجون القطب السالب فتتكون من 96% من مادة القطب السالب المركبة، و1.3% من كربوكسي ميثيل السليلوز (CMC)، و1.5% من مطاط الستايرين بوتادين (SBR)، و1.2% من أنابيب الكربون النانوية (CNT)، ويُستخدم الماء كمشتت. بعد عمليات التحريك، والطلاء، والدرفلة، والتقطيع، والتصفيح، ولحام الأطراف، والتعبئة، والتجفيف، وحقن السائل، والتشكيل، وتقسيم السعة، تم تحضير بطاريات 408595 صغيرة الحجم ذات غلاف مرن ومصفح بسعة اسمية 3 أمبير/ساعة. تم اختبار أداء معدل الشحن والتفريغ عند معدلات 0.2C و0.5C و1C و2C و3C، بالإضافة إلى أداء دورة الشحن عند معدل 0.5C والتفريغ عند معدل 1C. تراوح جهد الشحن والتفريغ بين 2.8 و4.2 فولت، مع استخدام تيار ثابت وجهد ثابت، وكان تيار القطع 0.5C.

2. النتائج والمناقشة

تمت معاينة مسحوق السيليكون الأولي باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). كان مسحوق السيليكون حبيبيًا غير منتظم بحجم جسيمات أقل من 2 ميكرومتر، كما هو موضح في الشكل 1(أ). بعد الطحن الكروي، انخفض حجم مسحوق السيليكون بشكل ملحوظ إلى حوالي 100 نانومتر [الشكل 1(ب)]. أظهر اختبار حجم الجسيمات أن D50 لمسحوق السيليكون بعد الطحن الكروي كان 110 نانومتر، وD90 كان 175 نانومتر. يُظهر فحص دقيق لبنية مسحوق السيليكون بعد الطحن الكروي بنيةً قشرية (سيتم التحقق من تكوين البنية القشرية لاحقًا باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح للمقطع العرضي). لذلك، يُفترض أن بيانات D90 المُستخلصة من اختبار حجم الجسيمات تمثل بُعد الطول للصفيحة النانوية. وبالنظر إلى نتائج المجهر الإلكتروني الماسح، يُمكن الاستنتاج أن حجم الصفيحة النانوية المُستخلصة أصغر من القيمة الحرجة البالغة 150 نانومتر، وهي القيمة التي يحدث عندها تكسر مسحوق السيليكون أثناء الشحن والتفريغ في بُعد واحد على الأقل. يعود تكوّن البنية الرقائقية بشكل رئيسي إلى اختلاف طاقات تفكك مستويات بلورة السيليكون، حيث يتميز المستوى {111} بطاقة تفكك أقل من المستويين {100} و{110}. ولذلك، يسهل ترقيق هذا المستوى البلوري بالطحن الكروي، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين بنية رقائقية. تُسهم هذه البنية الرقائقية في تراكم البنى غير المتماسكة، وتوفر مساحة لتمدد حجم السيليكون، وتعزز استقرار المادة.

تم رشّ معلق يحتوي على السيليكون النانوي، وأنابيب الكربون النانوية، والجرافيت، وفُحص المسحوق قبل الرش وبعده باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تُظهر النتائج في الشكل 2 أن مصفوفة الجرافيت المضافة قبل الرش ذات بنية رقائقية نموذجية بحجم يتراوح بين 5 و20 ميكرومترًا [الشكل 2(أ)]. يُشير اختبار توزيع حجم جسيمات الجرافيت إلى أن D50 يبلغ 15 ميكرومترًا. يتميز المسحوق الناتج بعد الرش بشكل كروي [الشكل 2(ب)]، ويُلاحظ أن الجرافيت مُغطى بطبقة طلاء بعد الرش. يبلغ D50 للمسحوق بعد الرش 26.2 ميكرومترًا. رُصدت الخصائص المورفولوجية للجسيمات الثانوية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح، مما يُظهر خصائص بنية مسامية فضفاضة مُتراكمة بواسطة المواد النانوية [الشكل 2(ج)]. تتكون البنية المسامية من صفائح نانوية من السيليكون وأنابيب نانوية كربونية متشابكة مع بعضها البعض [الشكل 2(د)]، وتبلغ مساحة السطح النوعية المختبرة (BET) 53.3 م²/غ. لذلك، بعد الرش، تتجمع الصفائح النانوية من السيليكون والأنابيب النانوية الكربونية ذاتيًا لتشكيل بنية مسامية.

عُولجت الطبقة المسامية بطبقة من الكربون السائل، وبعد إضافة مادة القار الأولية لطلاء الكربون والتفحيم، أُجري فحص بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تُظهر النتائج في الشكل 3. بعد الطلاء الأولي بالكربون، أصبح سطح الجسيمات الثانوية أملسًا، مع طبقة طلاء واضحة، واكتمل الطلاء، كما هو موضح في الشكلين 3(أ) و3(ب). بعد التفحيم، حافظت طبقة الطلاء السطحية على حالة طلاء جيدة [الشكل 3(ج)]. بالإضافة إلى ذلك، تُظهر صورة المقطع العرضي بالمجهر الإلكتروني الماسح جسيمات نانوية شريطية الشكل [الشكل 3(د)]، والتي تتوافق مع الخصائص المورفولوجية للصفائح النانوية، مما يؤكد تكوين صفائح السيليكون النانوية بعد الطحن الكروي. علاوة على ذلك، يُظهر الشكل 3(د) وجود مواد مالئة بين بعض الصفائح النانوية. ويعود ذلك أساسًا إلى استخدام طريقة الطلاء بالطور السائل. يتغلغل محلول الأسفلت في المادة، مما يُكسب سطح صفائح السيليكون النانوية الداخلية طبقة واقية من الكربون. لذا، باستخدام طلاء الطور السائل، بالإضافة إلى الحصول على تأثير طلاء الجسيمات الثانوية، يمكن أيضًا الحصول على تأثير طلاء الكربون المزدوج للجسيمات الأولية. تم اختبار المسحوق المكربن ​​بتقنية BET، وكانت النتيجة 22.3 م²/غ.

خضع المسحوق المتفحم لتحليل طيف الطاقة المقطعي (EDS)، وتظهر النتائج في الشكل 4(أ). يتكون اللب ذو الحجم الميكروني من عنصر الكربون، وهو ما يتوافق مع مصفوفة الجرافيت، بينما يحتوي الغلاف الخارجي على السيليكون والأكسجين. وللتحقق من بنية السيليكون بشكل أعمق، أُجري اختبار حيود الأشعة السينية (XRD)، وتظهر النتائج في الشكل 4(ب). تتكون المادة بشكل أساسي من الجرافيت والسيليكون أحادي البلورة، دون وجود خصائص واضحة لأكسيد السيليكون، مما يشير إلى أن عنصر الأكسجين في طيف الطاقة ناتج بشكل رئيسي عن الأكسدة الطبيعية لسطح السيليكون. سُجلت مادة السيليكون والكربون المركبة بالرمز S1.

خضعت مادة السيليكون-الكربون المُحضّرة S1 لاختبارات إنتاج خلايا نصفية من نوع الزر واختبارات الشحن والتفريغ. يوضح الشكل 5 منحنى الشحن والتفريغ الأول. تبلغ السعة النوعية العكسية 1000.8 مللي أمبير/غرام، وكفاءة الدورة الأولى 93.9%، وهي أعلى من كفاءة الدورة الأولى لمعظم المواد القائمة على السيليكون غير المُعالجة مسبقًا بالليثيوم والمذكورة في الأدبيات العلمية. تشير الكفاءة الأولى العالية إلى أن مادة السيليكون-الكربون المركبة المُحضّرة تتمتع بثبات عالٍ. وللتحقق من تأثير البنية المسامية والشبكة الموصلة والطلاء الكربوني على ثبات مواد السيليكون-الكربون، تم تحضير نوعين من هذه المواد: أحدهما بدون إضافة أنابيب الكربون النانوية والآخر بدون طلاء كربوني أولي.

يوضح الشكل 6 مورفولوجيا مسحوق السيليكون-الكربون المتفحم دون إضافة أنابيب الكربون النانوية. بعد عملية التغليف بالطور السائل والتكربن، تظهر طبقة التغليف بوضوح على سطح الجسيمات الثانوية في الشكل 6(أ). يوضح الشكل 6(ب) المقطع العرضي للمادة المتفحمة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. تتميز صفائح السيليكون النانوية بخصائص مسامية، حيث بلغت مساحة سطحها النوعية 16.6 م²/غ وفقًا لاختبار BET. ومع ذلك، بالمقارنة مع حالة إضافة أنابيب الكربون النانوية [كما هو موضح في الشكل 3(د)، حيث بلغت مساحة سطح مسحوقها المتفحم 22.3 م²/غ]، فإن كثافة تكديس السيليكون النانوي الداخلي أعلى، مما يشير إلى أن إضافة أنابيب الكربون النانوية تعزز تكوين بنية مسامية. بالإضافة إلى ذلك، لا تحتوي المادة على شبكة موصلة ثلاثية الأبعاد مكونة من أنابيب الكربون النانوية. تم تسجيل مادة السيليكون-الكربون المركبة بالرمز S2.

تُظهر الصورة 7 الخصائص المورفولوجية لمادة السيليكون-الكربون المركبة المُحضّرة بتقنية طلاء الكربون في الطور الصلب. بعد عملية الكربنة، تظهر طبقة طلاء واضحة على السطح، كما هو موضح في الصورة 7(أ). تُظهر الصورة 7(ب) وجود جسيمات نانوية شريطية الشكل في المقطع العرضي، وهو ما يتوافق مع الخصائص المورفولوجية للصفائح النانوية. يُشكّل تراكم الصفائح النانوية بنية مسامية. لا يوجد حشو واضح على سطح الصفائح النانوية الداخلية، مما يدل على أن طلاء الكربون في الطور الصلب يُشكّل طبقة طلاء كربونية ذات بنية مسامية فقط، ولا توجد طبقة طلاء داخلية لصفائح السيليكون النانوية. سُجّلت هذه المادة المركبة من السيليكون-الكربون بالرمز S3.

أُجري اختبار الشحن والتفريغ لنصف خلية زرية الشكل على الخليتين S2 وS3. بلغت السعة النوعية والكفاءة الأولية للخلية S2 1120.2 مللي أمبير/غرام و84.8% على التوالي، بينما بلغت السعة النوعية والكفاءة الأولية للخلية S3 882.5 مللي أمبير/غرام و82.9% على التوالي. كانت السعة النوعية والكفاءة الأولية للخلية S3 المطلية بطبقة صلبة هي الأدنى، مما يشير إلى أنه تم طلاء البنية المسامية بالكربون فقط، دون طلاء الصفائح النانوية الداخلية للسيليكون بالكربون، الأمر الذي لم يُحقق الاستفادة الكاملة من السعة النوعية للمادة السيليكونية ولم يحمِ سطحها. كما كانت الكفاءة الأولية للخلية S2 الخالية من أنابيب الكربون النانوية أقل من تلك الخاصة بالمادة المركبة من السيليكون والكربون التي تحتوي على أنابيب الكربون النانوية، مما يدل على أن وجود طبقة طلاء جيدة، وشبكة موصلة، وبنية مسامية عالية، كلها عوامل تُسهم في تحسين كفاءة الشحن والتفريغ للمادة السيليكونية الكربونية.

استُخدمت مادة السيليكون والكربون S1 لصنع بطارية صغيرة مرنة كاملة لاختبار أداء معدل الشحن والتفريغ وأداء دورات الشحن والتفريغ. يوضح الشكل 8(أ) منحنى معدل التفريغ. تبلغ سعات التفريغ عند معدلات 0.2C و0.5C و1C و2C و3C على التوالي 2.970 و2.999 و2.920 و2.176 و1.021 أمبير/ساعة. يصل معدل التفريغ عند 1C إلى 98.3%، بينما ينخفض ​​عند 2C إلى 73.3%، وينخفض ​​أكثر عند 3C إلى 34.4%. للانضمام إلى مجموعة تبادل أقطاب السيليكون السالبة، يُرجى إضافة حساب WeChat: shimobang. من حيث معدل الشحن، تبلغ سعات الشحن عند معدلات 0.2C و0.5C و1C و2C و3C على التوالي 3.186 و3.182 و3.081 و2.686 و2.289 أمبير/ساعة. يبلغ معدل الشحن عند 1C نسبة 96.7%، بينما يصل معدل الشحن عند 2C إلى 84.3%. مع ذلك، عند ملاحظة منحنى الشحن في الشكل 8(ب)، نجد أن نطاق الشحن عند 2C أكبر بكثير من نطاق الشحن عند 1C، ​​وأن سعة الشحن عند الجهد الثابت تمثل النسبة الأكبر (55%)، مما يشير إلى أن استقطاب البطارية القابلة لإعادة الشحن عند 2C كبير جدًا. يتميز السيليكون الكربوني بأداء جيد في الشحن والتفريغ عند 1C، ​​ولكن الخصائص البنيوية للمادة تحتاج إلى مزيد من التحسين لتحقيق أداء بمعدلات أعلى. كما هو موضح في الشكل 9، بعد 450 دورة، يبلغ معدل الاحتفاظ بالسعة 78%، مما يدل على أداء دوري جيد.

تم فحص حالة سطح القطب قبل وبعد دورة الشحن والتفريغ باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وتظهر النتائج في الشكل 10. قبل الدورة، كان سطح الجرافيت ومادة السيليكون-الكربون واضحًا [الشكل 10(أ)]؛ وبعد الدورة، تشكلت طبقة طلاء واضحة على السطح [الشكل 10(ب)]، وهي عبارة عن غشاء SEI سميك. يؤدي خشونة غشاء SEI إلى ارتفاع استهلاك الليثيوم النشط، مما يؤثر سلبًا على أداء الدورة. لذلك، يمكن تحسين أداء الدورة من خلال تعزيز تكوين غشاء SEI أملس (مثل بناء غشاء SEI اصطناعي، أو إضافة مواد مضافة مناسبة للإلكتروليت، وما إلى ذلك). يُظهر فحص المقطع العرضي لجزيئات السيليكون-الكربون باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح بعد الدورة [الشكل 10(ج)] أن جزيئات السيليكون النانوية الشريطية الشكل الأصلية أصبحت أكثر خشونة، وأن البنية المسامية قد اختفت بشكل أساسي. ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى التمدد والانكماش المستمر لحجم مادة السيليكون-الكربون أثناء الدورة. لذلك، يجب تعزيز البنية المسامية بشكل أكبر لتوفير مساحة عازلة كافية لتمدد حجم المادة القائمة على السيليكون.

3. الخاتمة

استنادًا إلى التمدد الحجمي، وضعف التوصيلية، وعدم استقرار السطح البيني لمواد الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون، تُقدم هذه الورقة تحسينات مُحددة، بدءًا من تشكيل مورفولوجيا الصفائح النانوية للسيليكون، وبناء بنية مسامية، وتكوين شبكة موصلة، وتغطية كاملة بالكربون لجميع الجسيمات الثانوية، وذلك لتحسين استقرار مواد الأقطاب السالبة المصنوعة من السيليكون ككل. يُمكن لتراكم الصفائح النانوية للسيليكون أن يُشكل بنية مسامية. كما أن إضافة أنابيب الكربون النانوية تُعزز تكوين هذه البنية. تتميز مادة السيليكون-الكربون المركبة المُحضرة بالطلاء في الطور السائل بتأثير طلاء كربوني مُضاعف مقارنةً بتلك المُحضرة بالطلاء في الطور الصلب، وتُظهر سعة نوعية وكفاءة أولية أعلى. بالإضافة إلى ذلك، فإن الكفاءة الأولية لمادة السيليكون-الكربون المركبة التي تحتوي على أنابيب الكربون النانوية أعلى من تلك التي لا تحتوي عليها، ويعود ذلك بشكل أساسي إلى قدرة البنية المسامية العالية على تخفيف التمدد الحجمي للمواد المصنوعة من السيليكون. تُساهم إضافة أنابيب الكربون النانوية في بناء شبكة موصلة ثلاثية الأبعاد، وتحسين توصيلية المواد المصنوعة من السيليكون، وإظهار أداء جيد عند معدل 1C؛ كما تُظهر المادة أداءً دوريًا جيدًا. ومع ذلك، يجب تعزيز البنية المسامية للمادة بشكل أكبر لتوفير مساحة عازلة كافية لتمدد حجم السيليكون، وتعزيز تكوين سطح أملسوطبقة SEI كثيفة لتحسين أداء دورة مادة السيليكون والكربون المركبة بشكل أكبر.

كما نوفر منتجات الجرافيت وكربيد السيليكون عالية النقاء، والتي تستخدم على نطاق واسع في معالجة الرقائق مثل الأكسدة والانتشار والتلدين.

نرحب بجميع العملاء من جميع أنحاء العالم لزيارتنا لمزيد من النقاش!

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