Лити-ион батерейнууд нь голчлон өндөр энергийн нягтралын чиглэлд хөгжиж байна. Өрөөний температурт цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалыг литийн хайлшаар хольж, литийн баялаг Li3.75Si фазын бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг бөгөөд 3572 мАч/г хүртэлх багтаамжтай бөгөөд энэ нь графит сөрөг электродын онолын 372 мАч/г багтаамжаас хамаагүй өндөр юм. Гэсэн хэдий ч цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалыг давтан цэнэглэх, цэнэггүйжүүлэх явцад Si болон Li3.75Si-ийн фазын хувирал нь асар их хэмжээний тэлэлтийг (ойролцоогоор 300%) бий болгож, электродын материалын бүтцийн нунтаглалт, SEI хальс тасралтгүй үүсэхэд хүргэж, эцэст нь багтаамжийг хурдан бууруулахад хүргэдэг. Аж үйлдвэр нь цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалын гүйцэтгэл, цахиур дээр суурилсан батерейны тогтвортой байдлыг нано хэмжээс, нүүрстөрөгчийн бүрхүүл, нүх сүв үүсгэх болон бусад технологиор сайжруулдаг.
Нүүрстөрөгчийн материалууд нь сайн цахилгаан дамжуулах чадвартай, хямд өртөгтэй, өргөн эх үүсвэртэй. Эдгээр нь цахиур дээр суурилсан материалын цахилгаан дамжуулах чанар болон гадаргуугийн тогтвортой байдлыг сайжруулж чаддаг. Тэдгээрийг цахиур дээр суурилсан сөрөг электродуудын гүйцэтгэлийг сайжруулах нэмэлт болгон ашигладаг. Цахиур-нүүрстөрөгчийн материалууд нь цахиур дээр суурилсан сөрөг электродуудын гол хөгжлийн чиглэл юм. Нүүрстөрөгчийн бүрхүүл нь цахиур дээр суурилсан материалын гадаргуугийн тогтвортой байдлыг сайжруулж чаддаг боловч цахиурын эзэлхүүний тэлэлтийг дарангуйлах чадвар нь ерөнхий бөгөөд цахиурын эзэлхүүний тэлэлтийн асуудлыг шийдэж чадахгүй. Тиймээс цахиур дээр суурилсан материалын тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд сүвэрхэг бүтэц барих шаардлагатай. Бөмбөлөг тээрэмдэх нь наноматериал бэлтгэх аж үйлдвэржсэн арга юм. Нийлмэл материалын дизайны шаардлагын дагуу бөмбөлөг тээрэмдэх замаар гаргаж авсан зутан дээр янз бүрийн нэмэлт эсвэл материалын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмж болно. Зутанг янз бүрийн зутангаар жигд тарааж, шүршиж хатаана. Агшин зуур хатаах процессын явцад нано хэсгүүд болон зутан дахь бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь сүвэрхэг бүтцийн шинж чанарыг аяндаа бий болгоно. Энэхүү өгүүлэлд сүвэрхэг цахиур дээр суурилсан материалыг бэлтгэхийн тулд аж үйлдвэржсэн, байгаль орчинд ээлтэй бөмбөлөг тээрэмдэх болон шүршиж хатаах технологийг ашигласан болно.
Цахиур дээр суурилсан материалын гүйцэтгэлийг цахиурын наноматериалын морфологи, тархалтын шинж чанарыг зохицуулах замаар сайжруулж болно. Одоогийн байдлаар цахиурын нано саваа, сүвэрхэг графит суулгагдсан нано цахиур, нүүрстөрөгчийн бөмбөлөгт тархсан нано цахиур, цахиур/графен массивын сүвэрхэг бүтэц гэх мэт янз бүрийн морфологи, тархалтын шинж чанартай цахиур дээр суурилсан материалыг бэлтгэсэн. Нано хэсгүүдтэй харьцуулахад ижил хэмжээгээр нано хуудас нь эзэлхүүний тэлэлтээс үүдэлтэй бутлах асуудлыг илүү сайн дарах боломжтой бөгөөд материал нь өндөр нягтралтай байдаг. Нано хуудасны эмх замбараагүй давхарга нь сүвэрхэг бүтэц үүсгэж болно. Цахиурын сөрөг электродын солилцооны бүлэгт нэгдэх. Цахиурын материалын эзэлхүүний тэлэлтэд буферийн зайг бий болгоно. Нүүрстөрөгчийн нано хоолой (CNTs)-ийг нэвтрүүлэх нь материалын дамжуулах чадварыг сайжруулаад зогсохгүй нэг хэмжээст морфологийн шинж чанараас шалтгаалан материалын сүвэрхэг бүтэц үүсэхийг дэмждэг. Цахиурын нано хуудас болон CNT-ээр бүтээгдсэн сүвэрхэг бүтцийн талаарх мэдээлэл байхгүй байна. Энэхүү өгүүлэлд үйлдвэрлэлийн хувьд ашиглах боломжтой бөмбөлөг тээрэмдэх, нунтаглах ба тархах, шүрших хатаах, нүүрстөрөгчийн урьдчилан бүрэх, шатаах аргуудыг ашигласан бөгөөд цахиурын нано хуудас болон CNT-г өөрөө угсрах замаар үүссэн сүвэрхэг цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалыг бэлтгэх бэлтгэл процесст сүвэрхэг промоторуудыг нэвтрүүлсэн. Бэлтгэх үйл явц нь энгийн, байгаль орчинд ээлтэй бөгөөд хаягдал шингэн эсвэл хаягдал үлдэгдэл үүсгэдэггүй. Цахиур дээр суурилсан материалын нүүрстөрөгчийн бүрэх талаар олон тооны уран зохиолын тайлан байдаг боловч бүрэхийн нөлөөллийн талаар гүнзгий хэлэлцүүлэг цөөн байдаг. Энэхүү өгүүлэлд асфальтыг нүүрстөрөгчийн эх үүсвэр болгон ашиглан шингэн фазын бүрэх ба хатуу фазын бүрэх гэсэн хоёр нүүрстөрөгчийн бүрэх аргын бүрхүүлийн нөлөө болон цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалын гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөллийг судалсан.
1 туршилт
1.1 Материал бэлтгэх
Сүвэрхэг цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалыг бэлтгэх нь голчлон бөмбөлөг тээрэмдэх, нунтаглах ба тархах, шүршиж хатаах, нүүрстөрөгчийг урьдчилан бүрэх ба нүүрсжүүлэх гэсэн таван үе шаттай. Эхлээд 500 гр анхны цахиурын нунтаг (дотоодын, 99.99% цэвэршилттэй)-ийг жигнэж, 2000 гр изопропанол нэмж, нано хэмжээний цахиурын зутан авахын тулд 24 цагийн турш 2000 эрг/мин хурдтайгаар нойтон бөмбөлөг тээрэмдэнэ. Үүссэн цахиурын зутанг тархалтын дамжуулах саванд шилжүүлж, материалыг цахиурын массын харьцааны дагуу нэмнэ: бал чулуу (Шанхайд үйлдвэрлэсэн, батерейны зэрэг): нүүрстөрөгчийн нано хоолой (Тяньжинд үйлдвэрлэсэн, батерейны зэрэг): поливинил пирролидон (Тяньжинд үйлдвэрлэсэн, аналитик зэрэг) = 40:60:1.5:2. Хатуу бодисын агууламжийг тохируулахын тулд изопропанол ашигладаг бөгөөд хатуу бодисын агууламжийг 15% байхаар зохион бүтээжээ. Нунтаглах ба тархалтыг 3500 эрг/мин хурдтайгаар 4 цагийн турш гүйцэтгэнэ. CNT нэмэлгүйгээр өөр нэг бүлгийн зутанг харьцуулж, бусад материалууд нь ижил байна. Дараа нь гаргаж авсан тархсан зутанг шүршиж хатаах тэжээлийн саванд хийж, шүршиж хатаах ажлыг азотоор хамгаалагдсан агаар мандалд, оролтын болон гаралтын температур тус тус 180 ба 90 °C байна. Дараа нь хатуу фазын бүрхүүл ба шингэн фазын бүрхүүл гэсэн хоёр төрлийн нүүрстөрөгчийн бүрхүүлийг харьцуулсан. Хатуу фазын бүрхүүлийн арга нь: шүршиж хатаасан нунтагыг 20% асфальт нунтагтай (Солонгост үйлдвэрлэсэн, D50 нь 5 μм) хольж, механик холигчоор 10 минутын турш хольж, урьдчилан бүрсэн нунтаг авахын тулд холих хурд нь 2000 эрг/мин байна. Шингэн фазын бүрхүүлийн арга нь: шүршиж хатаасан нунтагыг нунтагт 55% хатуу агууламжтайгаар уусгасан 20% асфальт агуулсан ксилений уусмалд (Тяньжинд үйлдвэрлэсэн, аналитик зэрэглэлийн) нэмж, вакуумд жигд хутгана. Вакуум зууханд 85°C температурт 4 цаг жигнэж, механик холигчоор хольж, холих хурд нь 2000 эрг/мин, холих хугацаа нь 10 минут бөгөөд урьдчилан бүрсэн нунтаг гарган авна. Эцэст нь урьдчилан бүрсэн нунтагыг азотын агаар мандлын дор 5°C/мин халаах хурдаар эргэлдэгч зууханд кальцижуулна. Эхлээд 550°C тогтмол температурт 2 цаг байлгаж, дараа нь 800°C хүртэл халааж, 2 цагийн турш тогтмол температурт байлгаж, дараа нь 100°C-аас доош байгалийн аргаар хөргөж, цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материал гарган авна.
1.2 Онцлог шинж чанарыг тодорхойлох аргууд
Материалын ширхэгийн хэмжээний тархалтыг ширхэгийн хэмжээний шалгагч (Mastersizer 2000 хувилбар, Их Британид үйлдвэрлэсэн) ашиглан шинжилсэн. Үе шат бүрт гаргаж авсан нунтагыг сканнердах электрон микроскопоор (Regulus8220, Японд үйлдвэрлэсэн) туршиж, нунтагны морфологи болон хэмжээг судалсан. Материалын фазын бүтцийг рентген нунтаг дифракцийн анализатор (D8 ADVANCE, Германд үйлдвэрлэсэн) ашиглан, материалын элементийн найрлагыг энергийн спектрийн анализатор ашиглан шинжилсэн. Олж авсан цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалыг CR2032 загварын товчлуурын хагас эс хийхэд ашигласан бөгөөд цахиур-нүүрстөрөгчийн массын харьцаа: SP: CNT: CMC: SBR нь 92:2:2:1.5:2.5 байв. Эсрэг электрод нь металл литийн хуудас, электролит нь арилжааны электролит (1901 оны загвар, Солонгост үйлдвэрлэсэн), Celgard 2320 диафрагмыг ашигласан, цэнэг ба цэнэг алдалтын хүчдэлийн хязгаар нь 0.005-1.5 В, цэнэг ба цэнэг алдалтын гүйдэл нь 0.1 C (1C = 1A), цэнэг алдалтын таслах гүйдэл нь 0.05 C байна.
Цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалын гүйцэтгэлийг цаашид судлахын тулд 408595 маркийн жижиг зөөлөн багцтай батерейг хийсэн. Эерэг электрод нь NCM811 (Хунань мужид үйлдвэрлэсэн, батерейны зэрэглэл)-ийг ашигласан бөгөөд сөрөг электродын бал чулууг 8% цахиур-нүүрстөрөгчийн материалаар хольсон. Эерэг электродын зутангийн томъёо нь 96% NCM811, 1.2% поливинилиден фторид (PVDF), 2% дамжуулагч бодис SP, 0.8% CNT, NMP-г дисперс болгон ашигладаг; сөрөг электродын зутангийн томъёо нь 96% нийлмэл сөрөг электродын материал, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, усыг дисперс болгон ашигладаг. Хутгах, бүрэх, өнхрүүлэх, зүсэх, давхарлах, гагнах, савлах, жигнэх, шингэн шахах, үүсгэх, багтаамжийг хуваах зэрэг үйлдлүүдийн дараа 3 Ah нэрлэсэн хүчин чадалтай 408595 ширхэг жижиг зөөлөн багцтай батерейг бэлтгэсэн. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C болон 3C-ийн хурдны гүйцэтгэл болон 0.5C цэнэглэлт болон 1C цэнэгийн мөчлөгийн гүйцэтгэлийг туршсан. Цэнэглэлт болон цэнэгийн хүчдэлийн хүрээ 2.8-4.2 В, тогтмол гүйдэл болон тогтмол хүчдэл цэнэглэгдсэн, таслалтын гүйдэл 0.5C байв.
2 Үр дүн ба хэлэлцүүлэг
Анхны цахиурын нунтагыг сканнердах электрон микроскоп (SEM) ашиглан ажигласан. Зураг 1(a)-д үзүүлсэн шиг цахиурын нунтаг нь жигд бус мөхлөг хэлбэртэй, 2μm-ээс бага хэмжээтэй байсан. Бөмбөлөг тээрэмдсэний дараа цахиурын нунтагны хэмжээ 100 нм орчим болж мэдэгдэхүйц буурсан [Зураг 1(b)]. Бөмбөлөг тээрэмдсэний дараа цахиурын нунтагны D50 нь 110 нм, D90 нь 175 нм байсан нь бөөмийн хэмжээний туршилтаар харагдсан. Бөмбөлөг тээрэмдсэний дараа цахиурын нунтагны морфологийг сайтар судалснаар хальслаг бүтэц харагдаж байна (хайрлаг бүтэц үүссэнийг дараа нь хөндлөн огтлолын SEM-ээс цаашид баталгаажуулах болно). Тиймээс, бөөмийн хэмжээний туршилтаас олж авсан D90 өгөгдөл нь нано хуудасны уртын хэмжээс байх ёстой. SEM-ийн үр дүнтэй хослуулан олж авсан нано хуудасны хэмжээ нь дор хаяж нэг хэмжээст цэнэглэх, цэнэггүйжүүлэх үед цахиурын нунтаг хагарлын 150 нм-ийн чухал утгаас бага байна гэж дүгнэж болно. Хальслаг морфологи үүсэх нь голчлон талст цахиурын талст хавтгайнуудын диссоциацийн энергийн ялгаатай байдлаас үүдэлтэй бөгөөд цахиурын {111} хавтгай нь {100} ба {110} талст хавтгайнуудаас бага диссоциацийн энергитэй байдаг. Тиймээс энэхүү талст хавтгайг бөмбөлөг тээрэмдэх замаар илүү амархан нимгэрүүлж, эцэст нь хальслаг бүтэц үүсгэдэг. Хальслаг бүтэц нь сул бүтэц хуримтлагдахад хувь нэмэр оруулж, цахиурын эзэлхүүний тэлэлтэд зай үлдээж, материалын тогтвортой байдлыг сайжруулдаг.
Нано-цахиур, CNT болон бал чулуу агуулсан зутанг шүршиж, шүршихээс өмнө болон дараа нунтагыг SEM аргаар шалгасан. Үр дүнг Зураг 2-т харуулав. Шүршихээс өмнө нэмсэн бал чулуу матриц нь 5-20 мкм хэмжээтэй ердийн хальсан бүтэц юм [Зураг 2(a)]. Бал чулууны ширхэгийн хэмжээний тархалтын туршилтаар D50 нь 15 мкм болохыг харуулж байна. Шүршсэний дараа гаргаж авсан нунтаг нь бөмбөрцөг хэлбэртэй морфологитой [Зураг 2(b)] бөгөөд шүршсэний дараа бал чулуу нь бүрхүүлийн давхаргаар бүрхэгдсэн болохыг харж болно. Шүршсэний дараа нунтаг D50 нь 26.2 мкм байна. Хоёрдогч хэсгүүдийн морфологийн шинж чанарыг SEM-ээр ажигласан бөгөөд энэ нь наноматериалаар хуримтлагдсан сул сүвэрхэг бүтцийн шинж чанарыг харуулж байна [Зураг 2(c)]. Сүвэрхэг бүтэц нь хоорондоо холбогдсон цахиурын нано хуудас болон CNT-ээс бүрдэнэ [Зураг 2(d)], туршилтын гадаргуугийн талбай (BET) нь 53.3 м2/г хүртэл өндөр байна. Тиймээс шүршсэний дараа цахиурын нано хуудас болон CNT нь өөрөө угсарч сүвэрхэг бүтэц үүсгэдэг.
Сүвэрхэг давхаргыг шингэн нүүрстөрөгчийн бүрхүүлээр боловсруулсан бөгөөд нүүрстөрөгчийн бүрхүүлийн урьдчилсан давирхай болон нүүрстөрөгчжүүлэлтийг нэмсний дараа SEM ажиглалт хийсэн. Үр дүнг Зураг 3-т үзүүлэв. Нүүрстөрөгчийн урьдчилан бүрхүүл хийсний дараа хоёрдогч хэсгүүдийн гадаргуу нь гөлгөр болж, илэрхий бүрхүүлийн давхаргатай болж, бүрхүүл бүрэн болсон бөгөөд Зураг 3(a) ба (b)-д үзүүлсэн шиг байна. Нүүрсжүүлсний дараа гадаргуугийн бүрхүүлийн давхарга нь сайн бүрхүүлийн төлөв байдлыг хадгалдаг [Зураг 3(c)]. Үүнээс гадна, хөндлөн огтлолын SEM зураг нь нано хуудасны морфологийн шинж чанартай тохирч буй тууз хэлбэртэй нано хэсгүүдийг харуулж байна [Зураг 3(d)], бөмбөлөг тээрэмдсэний дараа цахиурын нано хуудас үүссэнийг баталгаажуулж байна. Үүнээс гадна, Зураг 3(d)-д зарим нано хуудасны хооронд дүүргэгч байгааг харуулж байна. Энэ нь голчлон шингэн фазын бүрхүүлийн аргыг хэрэглэснээс үүдэлтэй юм. Асфальтан уусмал нь материалд нэвтэрч, дотоод цахиурын нано хуудасны гадаргуу нь нүүрстөрөгчийн бүрхүүлийн хамгаалалтын давхарга үүсгэдэг. Тиймээс шингэн фазын бүрхүүлийг ашигласнаар хоёрдогч бөөмсийн бүрхүүлийн эффектийг олж авахаас гадна анхдагч бөөмсийн бүрхүүлийн давхар нүүрстөрөгчийн бүрхүүлийн эффектийг олж авч болно. Нүүрсжүүлсэн нунтагыг BET-ээр туршиж үзсэн бөгөөд туршилтын үр дүн нь 22.3 м2/г байв.
Нүүрсжүүлсэн нунтагыг хөндлөн огтлолын энергийн спектрийн шинжилгээнд (EDS) хамруулсан бөгөөд үр дүнг Зураг 4(a)-д үзүүлэв. Микроны хэмжээтэй цөм нь бал чулуун матрицтай тохирч буй С бүрэлдэхүүн хэсэг бөгөөд гаднах бүрхүүл нь цахиур болон хүчилтөрөгч агуулдаг. Цахиурын бүтцийг цаашид судлахын тулд рентген дифракцийн (XRD) туршилтыг хийсэн бөгөөд үр дүнг Зураг 4(b)-д үзүүлэв. Энэ материал нь голчлон бал чулуун болон дан талст цахиураас бүрдэх бөгөөд цахиурын ислийн шинж чанар илэрхий биш бөгөөд энэ нь энергийн спектрийн туршилтын хүчилтөрөгчийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь голчлон цахиурын гадаргуугийн байгалийн исэлдэлтээс үүдэлтэй болохыг харуулж байна. Цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалыг S1 гэж тэмдэглэв.
Бэлтгэсэн цахиур-нүүрстөрөгчийн S1 материалыг товчлуур хэлбэрийн хагас эсийн үйлдвэрлэл болон цэнэг цэнэглэх туршилтад хамруулсан. Эхний цэнэг цэнэглэх муруйг Зураг 5-д үзүүлэв. Буцаах боломжтой хувийн багтаамж нь 1000.8 мАч/г бөгөөд эхний мөчлөгийн үр ашиг нь 93.9% хүртэл өндөр бөгөөд энэ нь уран зохиолд мэдээлэгдсэн урьдчилсан боловсруулалт хийгдээгүй ихэнх цахиур дээр суурилсан материалын эхний үр ашгаас өндөр байна. Эхний өндөр үр ашиг нь бэлтгэсэн цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материал нь өндөр тогтвортой байдалтай болохыг харуулж байна. Сүвэрхэг бүтэц, дамжуулагч сүлжээ болон нүүрстөрөгчийн бүрхүүл нь цахиур-нүүрстөрөгчийн материалын тогтвортой байдалд хэрхэн нөлөөлж байгааг баталгаажуулахын тулд хоёр төрлийн цахиур-нүүрстөрөгчийн материалыг CNT нэмэлгүйгээр болон анхдагч нүүрстөрөгчийн бүрхүүлгүйгээр бэлтгэсэн.
CNT нэмэлгүйгээр цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалын нүүрсжүүлсэн нунтагны морфологийг Зураг 6-д үзүүлэв. Шингэн фазын бүрэлт ба нүүрсжүүлэлтийн дараа Зураг 6(a)-д хоёрдогч хэсгүүдийн гадаргуу дээр бүрэх давхарга тодорхой харагдаж болно. Нүүрсжүүлсэн материалын хөндлөн огтлолын SEM-ийг Зураг 6(b)-д үзүүлэв. Цахиурын нано хуудасны давхарга нь сүвэрхэг шинж чанартай бөгөөд BET туршилт нь 16.6 м2/г байна. Гэсэн хэдий ч CNT-тэй харьцуулахад [Зураг 3(d)-д үзүүлсэнчлэн, түүний нүүрсжүүлсэн нунтагны BET туршилт нь 22.3 м2/г байна], дотоод нано-цахиурын давхаргын нягтрал өндөр байгаа нь CNT нэмэх нь сүвэрхэг бүтэц үүсэхийг дэмжиж чадна гэдгийг харуулж байна. Үүнээс гадна, материал нь CNT-ээр баригдсан гурван хэмжээст дамжуулагч сүлжээгүй байна. Цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалыг S2 гэж тэмдэглэсэн болно.
Хатуу фазын нүүрстөрөгчийн бүрээсээр бэлтгэсэн цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалын морфологийн шинж чанарыг Зураг 7-д үзүүлэв. Нүүрсжүүлсний дараа Зураг 7(a)-д үзүүлсэн шиг гадаргуу дээр илэрхий бүрхүүлийн давхарга үүсдэг. Зураг 7(b)-д хөндлөн огтлолд тууз хэлбэртэй нано хэсгүүд байгааг харуулсан бөгөөд энэ нь нано хуудасны морфологийн шинж чанартай тохирч байна. Нано хуудасны хуримтлал нь сүвэрхэг бүтэц үүсгэдэг. Дотор нано хуудасны гадаргуу дээр илэрхий дүүргэгч байхгүй бөгөөд энэ нь хатуу фазын нүүрстөрөгчийн бүрээс нь зөвхөн сүвэрхэг бүтэцтэй нүүрстөрөгчийн бүрээсийн давхарга үүсгэдэг бөгөөд цахиурын нано хуудасны дотоод бүрхүүлийн давхарга байхгүй болохыг харуулж байна. Энэхүү цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалыг S3 гэж тэмдэглэсэн.
Товч хэлбэрийн хагас эсийн цэнэг ба цэнэг алдалтын туршилтыг S2 болон S3 дээр хийсэн. S2-ийн хувийн багтаамж ба эхний үр ашиг нь тус тус 1120.2 мАч/г ба 84.8%, S3-ийн хувийн багтаамж ба эхний үр ашиг нь тус тус 882.5 мАч/г ба 82.9% байв. Хатуу фазын бүрээстэй S3 дээжийн хувийн багтаамж ба эхний үр ашиг нь хамгийн бага байсан нь зөвхөн сүвэрхэг бүтцийн нүүрстөрөгчийн бүрхүүл хийгдсэн бөгөөд дотор талын цахиурын нано хуудасны нүүрстөрөгчийн бүрхүүл хийгдээгүй тул цахиур дээр суурилсан материалын хувийн багтаамжийг бүрэн ашиглаж чадаагүй бөгөөд цахиур дээр суурилсан материалын гадаргууг хамгаалж чадаагүй болохыг харуулж байна. CNT-гүй S2 дээжийн анхны үр ашиг нь CNT агуулсан цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалынхаас бага байсан нь сайн бүрхүүлийн давхаргын үндсэн дээр дамжуулагч сүлжээ болон сүвэрхэг бүтцийн өндөр түвшин нь цахиур-нүүрстөрөгчийн материалын цэнэг ба цэнэг алдалтын үр ашгийг сайжруулахад хувь нэмэр оруулдаг болохыг харуулж байна.
S1 цахиур-нүүрстөрөгчийн материалыг ашиглан хурдны гүйцэтгэл болон мөчлөгийн гүйцэтгэлийг шалгахын тулд жижиг зөөлөн багцтай бүрэн батерей хийсэн. Цэнэглэх хурдны муруйг Зураг 8(a)-д үзүүлэв. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C болон 3C-ийн цэнэг алдах багтаамж нь тус тус 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 болон 1.021 Ah байна. 1C-ийн цэнэг алдах хурд 98.3% хүртэл өндөр боловч 2C-ийн цэнэг алдах хурд 73.3% хүртэл буурч, 3C-ийн цэнэг алдах хурд 34.4% хүртэл буурдаг. Цахиурын сөрөг электродын солилцооны бүлэгт нэгдэхийн тулд WeChat: shimobang-г нэмнэ үү. Цэнэглэх хурдны хувьд 0.2C, 0.5C, 1C, 2C болон 3C цэнэглэх багтаамж нь тус тус 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 болон 2.289 Ah байна. 1C цэнэглэх хурд 96.7%, 2C цэнэглэх хурд 84.3% хүрсээр байна. Гэсэн хэдий ч Зураг 8(b)-д үзүүлсэн цэнэглэх муруйг ажиглавал 2C цэнэглэх платформ нь 1C цэнэглэх платформоос хамаагүй том бөгөөд тогтмол хүчдэлийн цэнэглэх хүчин чадал нь ихэнх хэсгийг (55%) эзэлж байгаа нь 2C цэнэглэдэг батерейны туйлшрал аль хэдийн маш том байгааг харуулж байна. Цахиур-нүүрстөрөгчийн материал нь 1C-д цэнэглэх болон цэнэггүйжүүлэх сайн үзүүлэлттэй боловч өндөр хурдны гүйцэтгэлд хүрэхийн тулд материалын бүтцийн шинж чанарыг цаашид сайжруулах шаардлагатай байна. Зураг 9-т үзүүлсэнчлэн, 450 циклийн дараа багтаамжийг хадгалах хурд 78% байгаа нь циклийн сайн гүйцэтгэлийг харуулж байна.
Циклийн өмнө болон дараах электродын гадаргуугийн төлөв байдлыг SEM-ээр судалсан бөгөөд үр дүнг Зураг 10-д үзүүлэв. Циклийн өмнө бал чулуу болон цахиур-нүүрстөрөгчийн материалын гадаргуу тунгалаг байдаг [Зураг 10(a)]; циклийн дараа гадаргуу дээр бүрэх давхарга үүсдэг нь илт байдаг [Зураг 10(b)] бөгөөд энэ нь зузаан SEI хальс юм. SEI хальсны барзгар байдал Идэвхтэй литийн хэрэглээ өндөр байгаа нь циклийн гүйцэтгэлд тохиромжгүй. Тиймээс гөлгөр SEI хальс үүсэхийг дэмжих (жишээлбэл, хиймэл SEI хальс барих, тохиромжтой электролитийн нэмэлт нэмэх гэх мэт) нь циклийн гүйцэтгэлийг сайжруулж чадна. Циклийн дараа цахиур-нүүрстөрөгчийн хэсгүүдийн хөндлөн огтлолын SEM ажиглалт [Зураг 10(c)] нь анхны тууз хэлбэртэй цахиурын нано хэсгүүд илүү бүдүүн болж, сүвэрхэг бүтэц үндсэндээ арилсан болохыг харуулж байна. Энэ нь голчлон циклийн үеэр цахиур-нүүрстөрөгчийн материалын эзэлхүүн тасралтгүй тэлэлт ба агшилттай холбоотой юм. Тиймээс цахиур дээр суурилсан материалын эзэлхүүн тэлэлтэд хангалттай буферийн зайг хангахын тулд сүвэрхэг бүтцийг цаашид сайжруулах шаардлагатай байна.
3 Дүгнэлт
Цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалын эзэлхүүний тэлэлт, муу дамжуулалт болон муу интерфэйсийн тогтвортой байдал дээр үндэслэн энэхүү өгүүлэлд цахиурын нано хуудасны морфологийн хэлбэржилт, сүвэрхэг бүтцийн бүтэц, дамжуулагч сүлжээний бүтэц, хоёрдогч хэсгүүдийн бүрэн нүүрстөрөгчийн бүрхүүлээс эхлээд цахиур дээр суурилсан сөрөг электродын материалын тогтвортой байдлыг сайжруулах хүртэл чиглэсэн сайжруулалтуудыг хийж байна. Цахиурын нано хуудасны хуримтлал нь сүвэрхэг бүтэц үүсгэж болно. CNT-г нэвтрүүлснээр сүвэрхэг бүтэц үүсэхийг цаашид дэмжих болно. Шингэн фазын бүрхүүлээр бэлтгэсэн цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материал нь хатуу фазын бүрхүүлээр бэлтгэсэн материалаас давхар нүүрстөрөгчийн бүрхүүлийн нөлөөтэй бөгөөд өндөр хувийн багтаамж болон эхний үр ашгийг харуулдаг. Үүнээс гадна, CNT агуулсан цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалын эхний үр ашиг нь CNT-гүй материалаас өндөр бөгөөд энэ нь голчлон сүвэрхэг бүтэц нь цахиур дээр суурилсан материалын эзэлхүүний тэлэлтийг хөнгөвчлөх өндөр чадвартай холбоотой юм. CNT-г нэвтрүүлснээр гурван хэмжээст дамжуулагч сүлжээ бий болж, цахиур дээр суурилсан материалын дамжуулах чадварыг сайжруулж, 1С-д сайн хурдны гүйцэтгэлийг харуулах бөгөөд материал нь сайн мөчлөгийн гүйцэтгэлийг харуулна. Гэсэн хэдий ч цахиурын эзэлхүүнийг тэлэх хангалттай буфер зайг бий болгох, жигд бүтэц үүсэхийг дэмжихийн тулд материалын сүвэрхэг бүтцийг цаашид бэхжүүлэх шаардлагатай.мөн цахиур-нүүрстөрөгчийн нийлмэл материалын мөчлөгийн гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд өтгөн SEI хальс.
Мөн бид исэлдэлт, диффузи, ариутгал зэрэг вафли боловсруулахад өргөн хэрэглэгддэг өндөр цэвэршилттэй бал чулуу болон цахиурын карбидын бүтээгдэхүүнийг нийлүүлдэг.
Цаашдын хэлэлцүүлэгт оролцохын тулд дэлхийн өнцөг булан бүрээс ирсэн үйлчлүүлэгчдийг бидэнтэй зочлохыг урьж байна!
https://www.vet-china.com/
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 11-р сарын 13