ការរៀបចំ និងការកែលម្អដំណើរការនៃសម្ភារៈសមាសធាតុកាបូនស៊ីលីកុនដែលមានរន្ធញើស

ថ្មលីចូម-អ៊ីយ៉ុងភាគច្រើនកំពុងអភិវឌ្ឍក្នុងទិសដៅនៃដង់ស៊ីតេថាមពលខ្ពស់។ នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ សម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនត្រូវបានលាយជាមួយលីចូមដើម្បីបង្កើតផលិតផលសម្បូរលីចូមដំណាក់កាល Li3.75Si ដែលមានសមត្ថភាពជាក់លាក់រហូតដល់ 3572 mAh/g ដែលខ្ពស់ជាងសមត្ថភាពជាក់លាក់ទ្រឹស្តីនៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានក្រាហ្វីត 372 mAh/g។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការសាក និងបញ្ចេញម្តងហើយម្តងទៀតនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ការបំលែងដំណាក់កាលនៃ Si និង Li3.75Si អាចបង្កើតការពង្រីកបរិមាណយ៉ាងច្រើន (ប្រហែល 300%) ដែលនឹងនាំឱ្យមានម្សៅរចនាសម្ព័ន្ធនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូត និងការបង្កើតជាបន្តបន្ទាប់នៃខ្សែភាពយន្ត SEI ហើយទីបំផុតបណ្តាលឱ្យសមត្ថភាពធ្លាក់ចុះយ៉ាងឆាប់រហ័ស។ ឧស្សាហកម្មនេះភាគច្រើនធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និងស្ថេរភាពនៃថ្មដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនតាមរយៈការកំណត់ទំហំណាណូ ថ្នាំកូតកាបូន ការបង្កើតរន្ធញើស និងបច្ចេកវិទ្យាផ្សេងៗទៀត។

សម្ភារៈកាបូនមានចរន្តអគ្គិសនីល្អ តម្លៃទាប និងប្រភពធំទូលាយ។ ពួកវាអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចរន្តអគ្គិសនី និងស្ថេរភាពផ្ទៃនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ ពួកវាត្រូវបានគេប្រើជាសារធាតុបន្ថែមកែលម្អដំណើរការសម្រាប់អេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ សម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូនគឺជាទិសដៅអភិវឌ្ឍន៍សំខាន់នៃអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ ថ្នាំកូតកាបូនអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពផ្ទៃនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ប៉ុន្តែសមត្ថភាពរបស់វាក្នុងការទប់ស្កាត់ការពង្រីកបរិមាណស៊ីលីកុនគឺទូទៅ ហើយមិនអាចដោះស្រាយបញ្ហានៃការពង្រីកបរិមាណស៊ីលីកុនបានទេ។ ដូច្នេះ ដើម្បីធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន រចនាសម្ព័ន្ធដែលមានរន្ធតូចៗត្រូវសាងសង់។ ការកិនបាល់គឺជាវិធីសាស្ត្រឧស្សាហកម្មសម្រាប់រៀបចំសម្ភារៈណាណូ។ សារធាតុបន្ថែម ឬសមាសធាតុសម្ភារៈផ្សេងៗគ្នាអាចត្រូវបានបន្ថែមទៅក្នុងសារធាតុរាវដែលទទួលបានដោយការកិនបាល់តាមតម្រូវការរចនានៃសម្ភារៈសមាសធាតុ។ សារធាតុរាវត្រូវបានខ្ចាត់ខ្ចាយស្មើៗគ្នាតាមរយៈសារធាតុរាវផ្សេងៗ និងសម្ងួតដោយបាញ់។ ក្នុងអំឡុងពេលដំណើរការសម្ងួតភ្លាមៗ ភាគល្អិតណាណូ និងសមាសធាតុផ្សេងទៀតនៅក្នុងសារធាតុរាវនឹងបង្កើតលក្ខណៈរចនាសម្ព័ន្ធដែលមានរន្ធតូចៗដោយឯកឯង។ ឯកសារនេះប្រើប្រាស់បច្ចេកវិទ្យាកិនបាល់ និងសម្ងួតដោយឧស្សាហកម្ម និងមិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន ដើម្បីរៀបចំសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដែលមានរន្ធតូចៗ។

ការអនុវត្តនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនក៏អាចត្រូវបានធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងដោយការគ្រប់គ្រងលក្ខណៈរូបវិទ្យា និងលក្ខណៈចែកចាយនៃសម្ភារៈណាណូស៊ីលីកុន។ បច្ចុប្បន្ននេះ សម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដែលមានរូបរាង និងលក្ខណៈចែកចាយផ្សេងៗគ្នាត្រូវបានរៀបចំ ដូចជាដំបងណាណូស៊ីលីកុន ណាណូស៊ីលីកុនដែលបង្កប់ដោយក្រាហ្វីតដែលមានរន្ធញើស ណាណូស៊ីលីកុនចែកចាយក្នុងស្វ៊ែរកាបូន រចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសអារេស៊ីលីកុន/ក្រាហ្វីនជាដើម។ ក្នុងមាត្រដ្ឋានដូចគ្នា បើប្រៀបធៀបជាមួយណាណូភាគល្អិត សន្លឹកណាណូអាចទប់ស្កាត់បញ្ហាកំទេចដែលបណ្តាលមកពីការពង្រីកបរិមាណបានកាន់តែប្រសើរ ហើយសម្ភារៈមានដង់ស៊ីតេបង្រួមខ្ពស់ជាង។ ការដាក់ជង់សន្លឹកណាណូដែលមិនមានសណ្តាប់ធ្នាប់ក៏អាចបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសផងដែរ។ ដើម្បីចូលរួមក្រុមផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានស៊ីលីកុន។ ផ្តល់កន្លែងសតិបណ្ដោះអាសន្នសម្រាប់ការពង្រីកបរិមាណនៃសម្ភារៈស៊ីលីកុន។ ការណែនាំអំពីបំពង់ណាណូកាបូន (CNTs) មិនត្រឹមតែអាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចរន្តអគ្គិសនីនៃសម្ភារៈប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងជំរុញការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសនៃសម្ភារៈដោយសារតែលក្ខណៈរូបវិទ្យាមួយវិមាត្ររបស់វា។ មិនមានរបាយការណ៍អំពីរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសដែលបង្កើតឡើងដោយសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុន និង CNTs ទេ។ ឯកសារនេះប្រើប្រាស់វិធីសាស្ត្រកិនបាល់ ការកិន និងការបំបែក ការសម្ងួតដោយបាញ់ វិធីសាស្ត្រស្រោបកាបូនជាមុន និងវិធីសាស្ត្រដុតកម្ដៅ ព្រមទាំងណែនាំឧបករណ៍ជំរុញរន្ធញើសក្នុងដំណើរការរៀបចំដើម្បីរៀបចំសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនដែលមានរន្ធញើស ដែលបង្កើតឡើងដោយការផ្គុំសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុន និង CNT ដោយខ្លួនឯង។ ដំណើរការរៀបចំគឺសាមញ្ញ មិនប៉ះពាល់ដល់បរិស្ថាន ហើយមិនមានកាកសំណល់រាវ ឬសំណល់កាកសំណល់ណាមួយត្រូវបានបង្កើតឡើងទេ។ មានរបាយការណ៍អក្សរសិល្ប៍ជាច្រើនស្តីពីការស្រោបកាបូននៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ប៉ុន្តែមានការពិភាក្សាស៊ីជម្រៅតិចតួចអំពីឥទ្ធិពលនៃថ្នាំកូត។ ឯកសារនេះប្រើកៅស៊ូជាប្រភពកាបូនដើម្បីស៊ើបអង្កេតពីឥទ្ធិពលនៃវិធីសាស្ត្រស្រោបកាបូនពីរគឺ ថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវ និងថ្នាំកូតដំណាក់កាលរឹង លើឥទ្ធិពលនៃថ្នាំកូត និងដំណើរការនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។

ការពិសោធន៍ចំនួន ១

១.១ ការរៀបចំសម្ភារៈ

ការរៀបចំសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលមានរន្ធញើសច្រើន ភាគច្រើនរួមមានជំហានប្រាំយ៉ាង៖ ការកិនបាល់ ការកិន និងការបំបែក ការសម្ងួតដោយបាញ់ ការស្រោបកាបូនជាមុន និងការដុតកាបូន។ ដំបូង ថ្លឹងម្សៅស៊ីលីកុនដំបូងចំនួន 500 ក្រាម (ក្នុងស្រុក ភាពបរិសុទ្ធ 99.99%) បន្ថែមអ៊ីសូប្រូផាណុលចំនួន 2000 ក្រាម ហើយធ្វើការកិនបាល់សើមក្នុងល្បឿនកិនបាល់ 2000 r/នាទី រយៈពេល 24 ម៉ោង ដើម្បីទទួលបានសារធាតុស៊ីលីកុនកម្រិតណាណូ។ សារធាតុស៊ីលីកុនដែលទទួលបានត្រូវបានផ្ទេរទៅធុងផ្ទេរសារធាតុរំលាយ ហើយសម្ភារៈត្រូវបានបន្ថែមតាមសមាមាត្រម៉ាស់របស់ស៊ីលីកុន៖ ក្រាហ្វីត (ផលិតនៅសៀងហៃ ថ្នាក់ថ្ម)៖ បំពង់ណាណូកាបូន (ផលិតនៅធានជីន ថ្នាក់ថ្ម)៖ ប៉ូលីវីនីល ពីរ៉ូលីដូន (ផលិតនៅធានជីន ថ្នាក់វិភាគ) = 40:60:1.5:2។ អ៊ីសូប្រូផាណុលត្រូវបានប្រើដើម្បីកែតម្រូវមាតិការឹង ហើយមាតិការឹងត្រូវបានរចនាឡើងឱ្យមាន 15%។ ការកិន និងការបំបែកត្រូវបានអនុវត្តក្នុងល្បឿនបំបែក 3500 r/នាទី រយៈពេល 4 ម៉ោង។ ក្រុមសារធាតុស្អិតមួយក្រុមទៀតដែលមិនបន្ថែម CNTs ត្រូវបានប្រៀបធៀប ហើយសម្ភារៈផ្សេងទៀតគឺដូចគ្នា។ បន្ទាប់មក សារធាតុស្អិតដែលបានបំបែកចេញត្រូវបានផ្ទេរទៅក្នុងធុងចំណីសម្រាប់សម្ងួតដោយបាញ់ ហើយការសម្ងួតដោយបាញ់ត្រូវបានអនុវត្តក្នុងបរិយាកាសការពារដោយអាសូត ដោយសីតុណ្ហភាពចូល និងចេញគឺ 180 និង 90 °C រៀងៗខ្លួន។ បន្ទាប់មក ថ្នាំកូតកាបូនពីរប្រភេទត្រូវបានប្រៀបធៀប គឺថ្នាំកូតដំណាក់កាលរឹង និងថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវ។ វិធីសាស្ត្រថ្នាំកូតដំណាក់កាលរឹងគឺ៖ ម្សៅសម្ងួតដោយបាញ់ត្រូវបានលាយជាមួយម្សៅអាស្ប៉ាល់ 20% (ផលិតនៅប្រទេសកូរ៉េ D50 គឺ 5 μm) លាយក្នុងម៉ាស៊ីនលាយមេកានិចរយៈពេល 10 នាទី ហើយល្បឿនលាយគឺ 2000 r/min ដើម្បីទទួលបានម្សៅដែលបានស្រោបជាមុន។ វិធីសាស្ត្រថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវគឺ៖ ម្សៅសម្ងួតដោយបាញ់ត្រូវបានបន្ថែមទៅក្នុងដំណោះស្រាយស៊ីឡែន (ផលិតនៅទីក្រុង Tianjin ថ្នាក់វិភាគ) ដែលមានអាស្ប៉ាល់ 20% រំលាយក្នុងម្សៅក្នុងកម្រិតរឹង 55% ហើយកូរឲ្យស្មើៗគ្នា។ ដុតនំនៅក្នុងឡចំហាយខ្យល់នៅសីតុណ្ហភាព 85°C រយៈពេល 4 ម៉ោង ដាក់ចូលទៅក្នុងម៉ាស៊ីនលាយមេកានិចសម្រាប់លាយ ល្បឿនលាយគឺ 2000 r/នាទី ហើយពេលវេលាលាយគឺ 10 នាទីដើម្បីទទួលបានម្សៅដែលបានស្រោបជាមុន។ ជាចុងក្រោយ ម្សៅដែលបានស្រោបជាមុនត្រូវបានដុតនៅក្នុងឡដុតបង្វិលក្រោមបរិយាកាសអាសូតក្នុងអត្រាកំដៅ 5°C/នាទី។ ដំបូងវាត្រូវបានរក្សាទុកនៅសីតុណ្ហភាពថេរ 550°C រយៈពេល 2 ម៉ោង បន្ទាប់មកបន្តកំដៅរហូតដល់ 800°C ហើយរក្សាទុកនៅសីតុណ្ហភាពថេររយៈពេល 2 ម៉ោង ហើយបន្ទាប់មកត្រជាក់ដោយធម្មជាតិដល់ក្រោម 100°C ហើយបញ្ចេញចោលដើម្បីទទួលបានសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូន។

១.២ វិធីសាស្ត្រកំណត់លក្ខណៈ

ការចែកចាយទំហំភាគល្អិតនៃសម្ភារៈត្រូវបានវិភាគដោយប្រើឧបករណ៍សាកល្បងទំហំភាគល្អិត (Mastersizer កំណែ 2000 ផលិតនៅចក្រភពអង់គ្លេស)។ ម្សៅដែលទទួលបានក្នុងជំហាននីមួយៗត្រូវបានសាកល្បងដោយមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន (Regulus8220 ផលិតនៅប្រទេសជប៉ុន) ដើម្បីពិនិត្យមើលរូបរាង និងទំហំនៃម្សៅ។ រចនាសម្ព័ន្ធដំណាក់កាលនៃសម្ភារៈត្រូវបានវិភាគដោយប្រើឧបករណ៍វិភាគឌីផ្រាក់ស្យុងម្សៅកាំរស្មីអ៊ិច (D8 ADVANCE ផលិតនៅប្រទេសអាល្លឺម៉ង់) ហើយសមាសធាតុធាតុនៃសម្ភារៈត្រូវបានវិភាគដោយប្រើឧបករណ៍វិភាគវិសាលគមថាមពល។ សម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលទទួលបានត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើតកោសិកាពាក់កណ្តាលប៊ូតុងនៃម៉ូដែល CR2032 ហើយសមាមាត្រម៉ាស់នៃស៊ីលីកុន-កាបូន៖ SP: CNT: CMC: SBR គឺ 92:2:2:1.5:2.5។ អេឡិចត្រូតទប់គឺជាសន្លឹកលីចូមដែក អេឡិចត្រូលីតគឺជាអេឡិចត្រូលីតពាណិជ្ជកម្ម (ម៉ូដែល 1901 ផលិតនៅប្រទេសកូរ៉េ) ដ្យាក្រាម Celgard 2320 ត្រូវបានប្រើ ជួរវ៉ុលសាក និងបញ្ចេញគឺ 0.005-1.5 V ចរន្តសាក និងបញ្ចេញគឺ 0.1 C (1C = 1A) និងចរន្តកាត់ផ្តាច់បញ្ចេញគឺ 0.05 C។

ដើម្បីស៊ើបអង្កេតបន្ថែមអំពីដំណើរការនៃសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូន ថ្មកញ្ចប់ទន់តូច 408595 ត្រូវបានផលិតឡើង។ អេឡិចត្រូតវិជ្ជមានប្រើប្រាស់ NCM811 (ផលិតនៅហ៊ូណាន ថ្នាក់ថ្ម) ហើយអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានក្រាហ្វីតត្រូវបានបន្ថែមដោយសម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូន 8%។ រូបមន្តល្បាយអេឡិចត្រូតវិជ្ជមានគឺ 96% NCM811, 1.2% ប៉ូលីវីនីលីដិនហ្វ្លុយអូរីត (PVDF), 2% សារធាតុដឹកនាំ SP, 0.8% CNT និង NMP ត្រូវបានប្រើជាសារធាតុបំបែក; រូបមន្តល្បាយអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានគឺ 96% សម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានសមាសធាតុ 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT និងទឹកត្រូវបានប្រើជាសារធាតុបំបែក។ បន្ទាប់ពីកូរ លាប រមូរ កាត់ លាបស្រទាប់ ផ្សារបន្ទះ វេចខ្ចប់ ដុតនំ ចាក់រាវ ការបង្កើត និងការបែងចែកសមត្ថភាព ថ្មកញ្ចប់ទន់តូច 408595 ដែលត្រូវបានលាបស្រទាប់ ដែលមានសមត្ថភាពវាយតម្លៃ 3 Ah ត្រូវបានរៀបចំ។ ការអនុវត្តអត្រានៃ 0.2C, 0.5C, 1C, 2C និង 3C ព្រមទាំងការអនុវត្តវដ្តនៃការសាក 0.5C និងការបញ្ចេញ 1C ត្រូវបានធ្វើតេស្ត។ ជួរវ៉ុលសាក និងការបញ្ចេញគឺ 2.8-4.2 V ចរន្តថេរ និងការសាកវ៉ុលថេរ ហើយចរន្តកាត់ផ្តាច់គឺ 0.5C។

2 លទ្ធផល និងការពិភាក្សា

ម្សៅស៊ីលីកុនដំបូងត្រូវបានគេសង្កេតឃើញដោយមីក្រូទស្សន៍អេឡិចត្រុងស្កេន (SEM)។ ម្សៅស៊ីលីកុនមានគ្រាប់មិនទៀងទាត់ដែលមានទំហំភាគល្អិតតិចជាង 2μm ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 1(ក)។ បន្ទាប់ពីការកិនបាល់ ទំហំនៃម្សៅស៊ីលីកុនត្រូវបានកាត់បន្ថយយ៉ាងខ្លាំងមកត្រឹមប្រហែល 100 nm [រូបភាពទី 1(ខ)]។ ការធ្វើតេស្តទំហំភាគល្អិតបានបង្ហាញថា D50 នៃម្សៅស៊ីលីកុនបន្ទាប់ពីការកិនបាល់គឺ 110 nm និង D90 គឺ 175 nm។ ការពិនិត្យដោយប្រុងប្រយ័ត្ននូវរូបរាងនៃម្សៅស៊ីលីកុនបន្ទាប់ពីការកិនបាល់បង្ហាញពីរចនាសម្ព័ន្ធមិនស្មើគ្នា (ការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធមិនស្មើគ្នានឹងត្រូវបានផ្ទៀងផ្ទាត់បន្ថែមទៀតពី SEM ឆ្លងកាត់ផ្នែកនៅពេលក្រោយ)។ ដូច្នេះទិន្នន័យ D90 ដែលទទួលបានពីការធ្វើតេស្តទំហំភាគល្អិតគួរតែជាវិមាត្រប្រវែងនៃសន្លឹកណាណូ។ រួមផ្សំជាមួយនឹងលទ្ធផល SEM វាអាចត្រូវបានវិនិច្ឆ័យថាទំហំនៃសន្លឹកណាណូដែលទទួលបានគឺតូចជាងតម្លៃសំខាន់នៃ 150 nm នៃការបាក់នៃម្សៅស៊ីលីកុនក្នុងអំឡុងពេលសាក និងបញ្ចេញយ៉ាងហោចណាស់មួយវិមាត្រ។ ការបង្កើតរូបរាងមិនស្មើគ្នានេះភាគច្រើនដោយសារថាមពលបំបែកខុសគ្នានៃប្លង់គ្រីស្តាល់នៃស៊ីលីកុនគ្រីស្តាល់ ដែលក្នុងនោះប្លង់ {111} នៃស៊ីលីកុនមានថាមពលបំបែកទាបជាងប្លង់គ្រីស្តាល់ {100} និង {110}។ ដូច្នេះ ប្លង់គ្រីស្តាល់នេះងាយនឹងស្តើងដោយការកិនបាល់ ហើយទីបំផុតបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធមិនស្មើគ្នា។ រចនាសម្ព័ន្ធមិនស្មើគ្នានេះអំណោយផលដល់ការប្រមូលផ្តុំនៃរចនាសម្ព័ន្ធរលុង រក្សាកន្លែងសម្រាប់ការពង្រីកបរិមាណស៊ីលីកុន និងធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវស្ថេរភាពនៃសម្ភារៈ។

សារធាតុរាវដែលមានផ្ទុកណាណូស៊ីលីកុន CNT និងក្រាហ្វីតត្រូវបានបាញ់ ហើយម្សៅមុន និងក្រោយបាញ់ត្រូវបានពិនិត្យដោយ SEM។ លទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 2។ ម៉ាទ្រីសក្រាហ្វីតដែលបានបន្ថែមមុនពេលបាញ់គឺជារចនាសម្ព័ន្ធបន្ទះធម្មតាដែលមានទំហំពី 5 ទៅ 20 μm [រូបភាពទី 2(ក)]។ ការធ្វើតេស្តចែកចាយទំហំភាគល្អិតនៃក្រាហ្វីតបង្ហាញថា D50 គឺ 15μm។ ម្សៅដែលទទួលបានបន្ទាប់ពីការបាញ់មានរូបរាងស្វ៊ែរ [រូបភាពទី 2(ខ)] ហើយវាអាចមើលឃើញថាក្រាហ្វីតត្រូវបានស្រោបដោយស្រទាប់ថ្នាំកូតបន្ទាប់ពីបាញ់។ D50 នៃម្សៅបន្ទាប់ពីបាញ់គឺ 26.2 μm។ លក្ខណៈរូបវិទ្យានៃភាគល្អិតបន្ទាប់បន្សំត្រូវបានសង្កេតឃើញដោយ SEM ដែលបង្ហាញពីលក្ខណៈនៃរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធដែលរលុងដែលប្រមូលផ្តុំដោយណាណូសម្ភារៈ [រូបភាពទី 2(គ)]។ រចនាសម្ព័ន្ធរន្ធត្រូវបានផ្សំឡើងពីសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុន និង CNT ដែលភ្ជាប់គ្នា [រូបភាពទី 2(ឃ)] ហើយផ្ទៃជាក់លាក់នៃការធ្វើតេស្ត (BET) គឺខ្ពស់ដល់ 53.3 ម៉ែត្រការ៉េ/ក្រាម។ ដូច្នេះ បន្ទាប់ពីបាញ់ថ្នាំរួច សន្លឹកណាណូស៊ីលីកុន និង CNT ផ្គុំឡើងដោយខ្លួនឯង ដើម្បីបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធដែលមានរន្ធញើស។

ស្រទាប់រន្ធតូចៗត្រូវបានព្យាបាលដោយថ្នាំកូតកាបូនរាវ ហើយបន្ទាប់ពីបន្ថែមទីលានបឋមនៃថ្នាំកូតកាបូន និងកាបូននីយកម្ម ការសង្កេត SEM ត្រូវបានអនុវត្ត។ លទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3។ បន្ទាប់ពីការថ្នាំកូតកាបូនជាមុន ផ្ទៃនៃភាគល្អិតបន្ទាប់បន្សំក្លាយជារលោង ជាមួយនឹងស្រទាប់ថ្នាំកូតជាក់ស្តែង ហើយថ្នាំកូតត្រូវបានបញ្ចប់ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3(ក) និង (ខ)។ បន្ទាប់ពីកាបូននីយកម្ម ស្រទាប់ថ្នាំកូតផ្ទៃរក្សាស្ថានភាពថ្នាំកូតល្អ [រូបភាពទី 3(គ)]។ លើសពីនេះ រូបភាព SEM ឆ្លងកាត់ផ្នែកបង្ហាញភាគល្អិតណាណូរាងបន្ទះ [រូបភាពទី 3(ឃ)] ដែលត្រូវនឹងលក្ខណៈរូបវិទ្យានៃសន្លឹកណាណូ ដែលផ្ទៀងផ្ទាត់បន្ថែមទៀតអំពីការបង្កើតសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុនបន្ទាប់ពីការកិនបាល់។ លើសពីនេះ រូបភាពទី 3(ឃ) បង្ហាញថាមានសារធាតុបំពេញរវាងសន្លឹកណាណូមួយចំនួន។ នេះភាគច្រើនដោយសារតែការប្រើវិធីសាស្ត្រថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវ។ ដំណោះស្រាយអាស្ប៉ាល់នឹងជ្រាបចូលទៅក្នុងសម្ភារៈ ដូច្នេះផ្ទៃនៃសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុនខាងក្នុងទទួលបានស្រទាប់ការពារថ្នាំកូតកាបូន។ ដូច្នេះ ដោយប្រើថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវ បន្ថែមពីលើការទទួលបានឥទ្ធិពលថ្នាំកូតភាគល្អិតបន្ទាប់បន្សំ ឥទ្ធិពលថ្នាំកូតកាបូនពីរជាន់នៃថ្នាំកូតភាគល្អិតបឋមក៏អាចទទួលបានផងដែរ។ ម្សៅកាបូនត្រូវបានសាកល្បងដោយ BET ហើយលទ្ធផលតេស្តគឺ 22.3 ម៉ែត្រការ៉េ/ក្រាម។

ម្សៅកាបូនត្រូវបានទទួលរងនូវការវិភាគវិសាលគមថាមពលឆ្លងកាត់ (EDS) ហើយលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 4(ក)។ ស្នូលទំហំមីក្រូនគឺជាសមាសធាតុ C ដែលត្រូវគ្នានឹងម៉ាទ្រីសក្រាហ្វីត ហើយថ្នាំកូតខាងក្រៅមានស៊ីលីកុន និងអុកស៊ីសែន។ ដើម្បីស៊ើបអង្កេតបន្ថែមទៀតអំពីរចនាសម្ព័ន្ធរបស់ស៊ីលីកុន ការធ្វើតេស្តឌីផ្រាក់ស្យុងកាំរស្មីអ៊ិច (XRD) ត្រូវបានអនុវត្ត ហើយលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 4(ខ)។ សម្ភារៈនេះភាគច្រើនផ្សំឡើងពីក្រាហ្វីត និងស៊ីលីកុនគ្រីស្តាល់តែមួយ ដោយគ្មានលក្ខណៈអុកស៊ីដស៊ីលីកុនច្បាស់លាស់ទេ ដែលបង្ហាញថាសមាសធាតុអុកស៊ីសែននៃការធ្វើតេស្តវិសាលគមថាមពលភាគច្រើនបានមកពីអុកស៊ីតកម្មធម្មជាតិនៃផ្ទៃស៊ីលីកុន។ សម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនត្រូវបានកត់ត្រាជា S1។

សម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូន S1 ដែលបានរៀបចំរួចត្រូវបានទទួលរងនូវការធ្វើតេស្តផលិតកោសិកាពាក់កណ្តាលប្រភេទប៊ូតុង និងការធ្វើតេស្តសាក-បញ្ចេញ។ ខ្សែកោងសាក-បញ្ចេញដំបូងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 5។ សមត្ថភាពជាក់លាក់ដែលអាចបញ្ច្រាស់បានគឺ 1000.8 mAh/g ហើយប្រសិទ្ធភាពវដ្តដំបូងគឺខ្ពស់ដល់ 93.9% ដែលខ្ពស់ជាងប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃវត្ថុធាតុដើមដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនភាគច្រើនដោយគ្មានការបញ្ចូលថ្មជាមុនដែលបានរាយការណ៍នៅក្នុងអក្សរសិល្ប៍។ ប្រសិទ្ធភាពដំបូងខ្ពស់បង្ហាញថាវត្ថុធាតុដើមសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលបានរៀបចំរួចមានស្ថេរភាពខ្ពស់។ ដើម្បីផ្ទៀងផ្ទាត់ផលប៉ះពាល់នៃរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើស បណ្តាញដឹកនាំ និងថ្នាំកូតកាបូនលើស្ថេរភាពនៃវត្ថុធាតុដើមស៊ីលីកុន-កាបូន វត្ថុធាតុដើមស៊ីលីកុន-កាបូនពីរប្រភេទត្រូវបានរៀបចំដោយមិនចាំបាច់បន្ថែម CNT និងដោយគ្មានថ្នាំកូតកាបូនបឋម។

រូបរាងនៃម្សៅកាបូននៃវត្ថុធាតុផ្សំស៊ីលីកុន-កាបូនដោយមិនបន្ថែម CNT ត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6។ បន្ទាប់ពីការស្រោបដំណាក់កាលរាវ និងកាបូននីយកម្ម ស្រទាប់ថ្នាំកូតអាចមើលឃើញយ៉ាងច្បាស់នៅលើផ្ទៃនៃភាគល្អិតបន្ទាប់បន្សំក្នុងរូបភាពទី 6(ក)។ SEM កាត់ផ្នែកនៃវត្ថុធាតុផ្សំកាបូនត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 6(ខ)។ ការដាក់ស្រទាប់ណាណូស៊ីលីកុនមានលក្ខណៈរន្ធតូចៗ ហើយការធ្វើតេស្ត BET គឺ 16.6 ម៉ែត្រការ៉េ/ក្រាម។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ បើធៀបនឹងករណី CNT [ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 3(ឃ) ការធ្វើតេស្ត BET នៃម្សៅកាបូនរបស់វាគឺ 22.3 ម៉ែត្រការ៉េ/ក្រាម] ដង់ស៊ីតេដាក់ស្រទាប់ណាណូ-ស៊ីលីកុនខាងក្នុងខ្ពស់ជាង ដែលបង្ហាញថាការបន្ថែម CNT អាចជំរុញការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធតូចៗ។ លើសពីនេះ វត្ថុធាតុដើមមិនមានបណ្តាញចរន្តបីវិមាត្រដែលបង្កើតឡើងដោយ CNT ទេ។ វត្ថុធាតុផ្សំស៊ីលីកុន-កាបូនត្រូវបានកត់ត្រាជា S2។

លក្ខណៈរូបវិទ្យានៃសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលរៀបចំដោយថ្នាំកូតកាបូនដំណាក់កាលរឹងត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7។ បន្ទាប់ពីការកាបូននីយកម្ម មានស្រទាប់ថ្នាំកូតជាក់ស្តែងមួយនៅលើផ្ទៃ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 7(ក)។ រូបភាពទី 7(ខ) បង្ហាញថាមានភាគល្អិតណាណូរាងបន្ទះនៅក្នុងផ្នែកឆ្លងកាត់ ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងលក្ខណៈរូបវិទ្យានៃសន្លឹកណាណូ។ ការប្រមូលផ្តុំនៃសន្លឹកណាណូបង្កើតជារចនាសម្ព័ន្ធរន្ធ។ មិនមានសារធាតុបំពេញជាក់ស្តែងនៅលើផ្ទៃនៃសន្លឹកណាណូខាងក្នុងទេ ដែលបង្ហាញថាថ្នាំកូតកាបូនដំណាក់កាលរឹងបង្កើតបានតែស្រទាប់ថ្នាំកូតកាបូនដែលមានរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធ ហើយមិនមានស្រទាប់ថ្នាំកូតខាងក្នុងសម្រាប់សន្លឹកណាណូស៊ីលីកុនទេ។ សម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូននេះត្រូវបានកត់ត្រាជា S3។

ការធ្វើតេស្តសាក និងបញ្ចេញពាក់កណ្តាលកោសិកាប្រភេទប៊ូតុងត្រូវបានធ្វើឡើងលើ S2 និង S3។ សមត្ថភាពជាក់លាក់ និងប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃ S2 គឺ 1120.2 mAh/g និង 84.8% រៀងគ្នា ហើយសមត្ថភាពជាក់លាក់ និងប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃ S3 គឺ 882.5 mAh/g និង 82.9% រៀងគ្នា។ សមត្ថភាពជាក់លាក់ និងប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃគំរូ S3 ដែលស្រោបដោយដំណាក់កាលរឹងគឺទាបបំផុត ដែលបង្ហាញថាមានតែថ្នាំកូតកាបូននៃរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសប៉ុណ្ណោះដែលត្រូវបានអនុវត្ត ហើយថ្នាំកូតកាបូននៃសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុនខាងក្នុងមិនត្រូវបានអនុវត្តទេ ដែលមិនអាចផ្តល់តួនាទីពេញលេញដល់សមត្ថភាពជាក់លាក់នៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និងមិនអាចការពារផ្ទៃនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ ប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃគំរូ S2 ដោយគ្មាន CNT ក៏ទាបជាងសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលមាន CNT ដែលបង្ហាញថាដោយផ្អែកលើស្រទាប់ថ្នាំកូតល្អ បណ្តាញដឹកនាំ និងកម្រិតខ្ពស់នៃរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសគឺអំណោយផលដល់ការកែលម្អប្រសិទ្ធភាពសាក និងបញ្ចេញនៃសម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូន។

សម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូន S1 ត្រូវបានប្រើដើម្បីធ្វើថ្មពេញកញ្ចប់ទន់តូចមួយ ដើម្បីពិនិត្យមើលដំណើរការអត្រា និងដំណើរការវដ្ត។ ខ្សែកោងអត្រាបញ្ចេញត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 8(ក)។ សមត្ថភាពបញ្ចេញ 0.2C, 0.5C, 1C, 2C និង 3C គឺ 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 និង 1.021 Ah រៀងៗខ្លួន។ អត្រាបញ្ចេញ 1C គឺខ្ពស់ដល់ 98.3% ប៉ុន្តែអត្រាបញ្ចេញ 2C ធ្លាក់ចុះដល់ 73.3% ហើយអត្រាបញ្ចេញ 3C ធ្លាក់ចុះបន្ថែមទៀតដល់ 34.4%។ ដើម្បីចូលរួមក្រុមផ្លាស់ប្តូរអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានស៊ីលីកុន សូមបន្ថែម WeChat: shimobang។ ទាក់ទងនឹងអត្រាសាក សមត្ថភាពសាក 0.2C, 0.5C, 1C, 2C និង 3C គឺ 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 និង 2.289 Ah រៀងៗខ្លួន។ អត្រាសាកថ្ម 1C គឺ 96.7% ហើយអត្រាសាកថ្ម 2C នៅតែឈានដល់ 84.3%។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ដោយសង្កេតមើលខ្សែកោងសាកថ្មក្នុងរូបភាពទី 8(ខ) វេទិកាសាកថ្ម 2C មានទំហំធំជាងវេទិកាសាកថ្ម 1C យ៉ាងខ្លាំង ហើយសមត្ថភាពសាកថ្មវ៉ុលថេររបស់វាមានចំនួនភាគច្រើន (55%) ដែលបង្ហាញថាប៉ូលនីយកម្មនៃថ្មដែលអាចសាកបាន 2C គឺធំណាស់រួចទៅហើយ។ សម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូនមានដំណើរការសាកថ្ម និងបញ្ចេញល្អនៅ 1C ប៉ុន្តែលក្ខណៈរចនាសម្ព័ន្ធនៃសម្ភារៈត្រូវការកែលម្អបន្ថែមទៀតដើម្បីសម្រេចបាននូវដំណើរការលឿនជាងមុន។ ដូចបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 9 បន្ទាប់ពីវដ្ត 450 អត្រារក្សាសមត្ថភាពគឺ 78% ដែលបង្ហាញពីដំណើរការវដ្តល្អ។

ស្ថានភាពផ្ទៃនៃអេឡិចត្រូតមុន និងក្រោយវដ្តត្រូវបានស៊ើបអង្កេតដោយ SEM ហើយលទ្ធផលត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាពទី 10។ មុនពេលវដ្ត ផ្ទៃនៃក្រាហ្វីត និងសម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូនគឺច្បាស់លាស់ [រូបភាពទី 10(ក)]; បន្ទាប់ពីវដ្ត ស្រទាប់ថ្នាំកូតមួយត្រូវបានបង្កើតយ៉ាងច្បាស់នៅលើផ្ទៃ [រូបភាពទី 10(ខ)] ដែលជាខ្សែភាពយន្ត SEI ក្រាស់។ ភាពរដុបនៃខ្សែភាពយន្ត SEI ការប្រើប្រាស់លីចូមសកម្មគឺខ្ពស់ ដែលមិនអំណោយផលដល់ដំណើរការវដ្ត។ ដូច្នេះ ការលើកកម្ពស់ការបង្កើតខ្សែភាពយន្ត SEI រលោង (ដូចជាការសាងសង់ខ្សែភាពយន្ត SEI សិប្បនិម្មិត ការបន្ថែមសារធាតុបន្ថែមអេឡិចត្រូលីតសមស្រប។ល។) អាចធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវដំណើរការវដ្ត។ ការសង្កេត SEM ឆ្លងកាត់ផ្នែកនៃភាគល្អិតស៊ីលីកុន-កាបូនបន្ទាប់ពីវដ្ត [រូបភាពទី 10(គ)] បង្ហាញថាភាគល្អិតណាណូស៊ីលីកុនដែលមានរាងជាបន្ទះដើមបានក្លាយទៅជារដុប ហើយរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធត្រូវបានលុបចោលជាមូលដ្ឋាន។ នេះភាគច្រើនដោយសារតែការពង្រីកបរិមាណជាបន្តបន្ទាប់ និងការរួមតូចនៃសម្ភារៈស៊ីលីកុន-កាបូនក្នុងអំឡុងពេលវដ្ត។ ដូច្នេះ រចនាសម្ព័ន្ធរន្ធត្រូវការពង្រឹងបន្ថែមទៀត ដើម្បីផ្តល់កន្លែងទំនេរគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ការពង្រីកបរិមាណនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។

៣ សេចក្តីសន្និដ្ឋាន

ដោយផ្អែកលើការពង្រីកបរិមាណ ចរន្តអគ្គិសនីមិនល្អ និងស្ថេរភាពចំណុចប្រទាក់មិនល្អនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន ឯកសារនេះធ្វើការកែលម្អគោលដៅ ចាប់ពីការបង្កើតរូបរាងនៃសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុន ការសាងសង់រចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើស ការសាងសង់បណ្តាញចរន្តអគ្គិសនី និងថ្នាំកូតកាបូនពេញលេញនៃភាគល្អិតបន្ទាប់បន្សំទាំងមូល ដើម្បីកែលម្អស្ថេរភាពនៃសម្ភារៈអេឡិចត្រូតអវិជ្ជមានដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុនទាំងមូល។ ការប្រមូលផ្តុំនៃសន្លឹកណាណូស៊ីលីកុនអាចបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើស។ ការណែនាំអំពី CNT នឹងជំរុញបន្ថែមទៀតនូវការបង្កើតរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើស។ សម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលរៀបចំដោយថ្នាំកូតដំណាក់កាលរាវមានឥទ្ធិពលថ្នាំកូតកាបូនទ្វេដងជាងសម្ភារៈដែលរៀបចំដោយថ្នាំកូតដំណាក់កាលរឹង ហើយបង្ហាញពីសមត្ថភាពជាក់លាក់ខ្ពស់ជាង និងប្រសិទ្ធភាពដំបូង។ លើសពីនេះ ប្រសិទ្ធភាពដំបូងនៃសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនដែលមាន CNT គឺខ្ពស់ជាងគ្មាន CNT ដែលភាគច្រើនដោយសារតែកម្រិតខ្ពស់នៃសមត្ថភាពរចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសក្នុងការកាត់បន្ថយការពង្រីកបរិមាណនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន។ ការណែនាំអំពី CNT នឹងបង្កើតបណ្តាញចរន្តអគ្គិសនីបីវិមាត្រ ធ្វើអោយប្រសើរឡើងនូវចរន្តអគ្គិសនីនៃសម្ភារៈដែលមានមូលដ្ឋានលើស៊ីលីកុន និងបង្ហាញពីដំណើរការអត្រាល្អនៅ 1C; ហើយសម្ភារៈបង្ហាញពីដំណើរការវដ្តល្អ។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ រចនាសម្ព័ន្ធរន្ធញើសនៃសម្ភារៈត្រូវការពង្រឹងបន្ថែមទៀត ដើម្បីផ្តល់កន្លែងផ្ទុកគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ការពង្រីកបរិមាណស៊ីលីកុន និងលើកកម្ពស់ការបង្កើតរលោង។និងខ្សែភាពយន្ត SEI ក្រាស់ ដើម្បីកែលម្អដំណើរការវដ្តនៃសម្ភារៈសមាសធាតុស៊ីលីកុន-កាបូនបន្ថែមទៀត។

យើងក៏ផ្គត់ផ្គង់ផលិតផលក្រាហ្វីត និងស៊ីលីកុនកាបៃដែលមានភាពបរិសុទ្ធខ្ពស់ផងដែរ ដែលត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងដំណើរការបន្ទះសៀគ្វីដូចជាអុកស៊ីតកម្ម ការសាយភាយ និងការដុត។

សូមស្វាគមន៍អតិថិជនទាំងអស់មកពីជុំវិញពិភពលោកមកទស្សនាយើងខ្ញុំសម្រាប់ការពិភាក្សាបន្ថែម!

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

ពេលវេលាបង្ហោះ៖ ថ្ងៃទី ១៣ ខែវិច្ឆិកា ឆ្នាំ ២០២៤