پورس سلڪون ڪاربن ڪمپوزٽ مواد جي تياري ۽ ڪارڪردگي بهتري

ليٿيم آئن بيٽريون بنيادي طور تي اعليٰ توانائي جي کثافت جي طرف ترقي ڪري رهيون آهن. ڪمري جي حرارت تي، سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد ليٿيم سان گڏ ملائي ليٿيم سان مالا مال پراڊڪٽ Li3.75Si مرحلو پيدا ڪن ٿا، جنهن جي مخصوص گنجائش 3572 mAh/g تائين آهي، جيڪا گريفائيٽ منفي اليڪٽروڊ 372 mAh/g جي نظرياتي مخصوص گنجائش کان تمام گهڻي آهي. جڏهن ته، سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد جي بار بار چارجنگ ۽ ڊسچارجنگ عمل دوران، Si ۽ Li3.75Si جي مرحلي جي تبديلي وڏي مقدار ۾ واڌ (تقريبن 300٪) پيدا ڪري سگهي ٿي، جيڪا اليڪٽروڊ مواد جي ساختي پائوڊرنگ ۽ SEI فلم جي مسلسل ٺهڻ جو سبب بڻجندي، ۽ آخرڪار صلاحيت کي تيزيءَ سان گهٽائي ڇڏيندي. صنعت بنيادي طور تي نانو سائيزنگ، ڪاربن ڪوٽنگ، پور فارميشن ۽ ٻين ٽيڪنالاجيز ذريعي سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد جي ڪارڪردگي ۽ سلڪون تي ٻڌل بيٽرين جي استحڪام کي بهتر بڻائي ٿي.

ڪاربن مواد ۾ سٺي چالکائي، گهٽ قيمت، ۽ وسيع ذريعا آهن. اهي سلڪون تي ٻڌل مواد جي چالکائي ۽ مٿاڇري جي استحڪام کي بهتر بڻائي سگهن ٿا. انهن کي ترجيحي طور تي سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊز لاءِ ڪارڪردگي بهتر ڪرڻ واري اضافي طور استعمال ڪيو ويندو آهي. سلڪون-ڪاربن مواد سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊز جي مکيه وهڪرو ترقي جي هدايت آهن. ڪاربن ڪوٽنگ سلڪون تي ٻڌل مواد جي مٿاڇري جي استحڪام کي بهتر بڻائي سگهي ٿي، پر سلڪون جي مقدار جي واڌ کي روڪڻ جي صلاحيت عام آهي ۽ سلڪون جي مقدار جي واڌ جي مسئلي کي حل نه ٿي ڪري سگهي. تنهن ڪري، سلڪون تي ٻڌل مواد جي استحڪام کي بهتر بڻائڻ لاءِ، پورس ڍانچي ٺاهڻ جي ضرورت آهي. بال ملنگ نانو مواد تيار ڪرڻ لاءِ هڪ صنعتي طريقو آهي. جامع مواد جي ڊيزائن جي گهرجن مطابق بال ملنگ ذريعي حاصل ڪيل سلري ۾ مختلف اضافو يا مادي جزا شامل ڪري سگهجن ٿا. سلري کي مختلف سلري ذريعي برابر طور تي ورهايو ويندو آهي ۽ اسپري سان خشڪ ڪيو ويندو آهي. فوري طور تي خشڪ ڪرڻ جي عمل دوران، سلري ۾ نانو پارٽيڪلز ۽ ٻيا جزا خود بخود سوراخ واري ساخت جي خاصيتون ٺاهيندا. هي پيپر صنعتي ۽ ماحول دوست بال ملنگ ۽ اسپري خشڪ ڪرڻ واري ٽيڪنالاجي کي استعمال ڪري ٿو ته جيئن سوراخ ٿيل سلڪون تي ٻڌل مواد تيار ڪري سگهجي.

سلڪون تي ٻڌل مواد جي ڪارڪردگي کي سلڪون نانو مواد جي مورفولوجي ۽ ورڇ جي خاصيتن کي منظم ڪندي پڻ بهتر بڻائي سگهجي ٿو. هن وقت، سلڪون تي ٻڌل مواد مختلف مورفولوجيز ۽ ورڇ جي خاصيتن سان تيار ڪيا ويا آهن، جهڙوڪ سلڪون نانو راڊز، پورس گريفائٽ ايمبيڊڊ نانو سلڪون، ڪاربن اسپيرز ۾ ورهايل نانو سلڪون، سلڪون/گرافين ايري پورس اسٽرڪچر، وغيره. ساڳئي پيماني تي، نانو ذرات جي مقابلي ۾، نانو شيٽس حجم جي توسيع جي ڪري پيدا ٿيندڙ ڪرشنگ مسئلي کي بهتر طور تي دٻائي سگهن ٿيون، ۽ مواد ۾ وڌيڪ ڪمپيشن کثافت آهي. نانو شيٽس جي بي ترتيب اسٽيڪنگ پڻ هڪ پورس اسٽرڪچر ٺاهي سگهي ٿي. سلڪون منفي اليڪٽروڊ ايڪسچينج گروپ ۾ شامل ٿيڻ لاءِ. سلڪون مواد جي حجم جي توسيع لاءِ هڪ بفر اسپيس فراهم ڪريو. ڪاربن نانو ٽيوب (CNTs) جو تعارف نه رڳو مواد جي چالکائي کي بهتر بڻائي سگهي ٿو، پر ان جي هڪ طرفي مورفولوجيڪل خاصيتن جي ڪري مواد جي پورس اسٽرڪچر جي ٺهڻ کي به فروغ ڏئي سگهي ٿو. سلڪون نانو شيٽس ۽ CNTs پاران ٺاهيل پورس اسٽرڪچر تي ڪا به رپورٽ ناهي. هي پيپر صنعتي طور تي لاڳو ٿيندڙ بال ملنگ، گرائنڊنگ ۽ ڊسپريشن، اسپري ڊرائينگ، ڪاربن پري ڪوٽنگ ۽ ڪيلسينيشن طريقن کي اختيار ڪري ٿو، ۽ سلڪون نانو شيٽس ۽ سي اين ٽي جي خود اسيمبليءَ ذريعي ٺهيل پورس سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد تيار ڪرڻ لاءِ تياري جي عمل ۾ پورس پروموٽر متعارف ڪرائي ٿو. تياري جو عمل سادو، ماحول دوست آهي، ۽ ڪو به فضول مائع يا فضول رهجي نه ٿو پيدا ٿئي. سلڪون تي ٻڌل مواد جي ڪاربن ڪوٽنگ تي ڪيتريون ئي ادب جون رپورٽون آهن، پر ڪوٽنگ جي اثر تي ڪجهه گهري بحث آهن. هي پيپر ڪاربن ڪوٽنگ جي ٻن طريقن، مائع فيز ڪوٽنگ ۽ سولڊ فيز ڪوٽنگ جي ڪوٽنگ اثر ۽ سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد جي ڪارڪردگي تي اثرن جي جاچ ڪرڻ لاءِ اسفالٽ کي ڪاربن ذريعو طور استعمال ڪري ٿو.

1 تجربو

1.1 مواد جي تياري

سوراخ ٿيل سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي تياري ۾ بنيادي طور تي پنج مرحلا شامل آهن: بال ملنگ، پيسڻ ۽ منتشر ڪرڻ، اسپري خشڪ ڪرڻ، ڪاربن پري ڪوٽنگ ۽ ڪاربنائيزيشن. پهرين، شروعاتي سلڪون پائوڊر جو 500 گرام وزن ڪريو (گهريلو، 99.99٪ پاڪائي)، 2000 گرام آئسوپروپانول شامل ڪريو، ۽ نانو-اسڪيل سلڪون سلري حاصل ڪرڻ لاءِ 24 ڪلاڪن لاءِ 2000 آر/منٽ جي بال ملنگ جي رفتار سان ويٽ بال ملنگ ڪريو. حاصل ڪيل سلڪون سلري کي ڊسپريشن ٽرانسفر ٽينڪ ۾ منتقل ڪيو ويندو آهي، ۽ مواد سلڪون جي ماس تناسب جي مطابق شامل ڪيا ويندا آهن: گريفائٽ (شنگھائي ۾ پيدا ڪيل، بيٽري گريڊ): ڪاربن نانوٽيوب (تيانجن ۾ پيدا ڪيل، بيٽري گريڊ): پولي ونائل پائرولڊون (تيانجن ۾ پيدا ڪيل، تجزياتي گريڊ) = 40:60:1.5:2. آئسوپروپانول کي ٺوس مواد کي ترتيب ڏيڻ لاءِ استعمال ڪيو ويندو آهي، ۽ ٺوس مواد کي 15٪ ڪرڻ لاءِ ٺاهيو ويو آهي. پيسڻ ۽ منتشر 4 ڪلاڪن لاءِ 3500 آر/منٽ جي منتشر رفتار سان ڪيو ويندو آهي. CNTs شامل ڪرڻ کان سواءِ سلري جي هڪ ٻئي گروپ جو مقابلو ڪيو ويو آهي، ۽ ٻيا مواد ساڳيا آهن. حاصل ڪيل منتشر سلري کي پوءِ اسپري ڊرائينگ فيڊنگ ٽينڪ ۾ منتقل ڪيو ويندو آهي، ۽ اسپري ڊرائينگ نائٽروجن کان محفوظ ماحول ۾ ڪئي ويندي آهي، جنهن ۾ انليٽ ۽ آئوٽ ليٽ جو گرمي پد ترتيب وار 180 ۽ 90 °C هوندو آهي. پوءِ ڪاربن ڪوٽنگ جي ٻن قسمن جو مقابلو ڪيو ويو، سولڊ فيز ڪوٽنگ ۽ مائع فيز ڪوٽنگ. سولڊ فيز ڪوٽنگ جو طريقو هي آهي: اسپري-ڊرائيڊ پائوڊر کي 20٪ اسفالٽ پائوڊر (ڪوريا ۾ ٺهيل، D50 5 μm آهي) سان ملايو ويندو آهي، 10 منٽن لاءِ ميڪيڪل ميڪر ۾ ملايو ويندو آهي، ۽ پري ڪوٽيڊ پائوڊر حاصل ڪرڻ لاءِ ملائڻ جي رفتار 2000 r/min آهي. مائع فيز ڪوٽنگ جو طريقو هي آهي: اسپري-ڊرائيڊ پائوڊر کي زائلين محلول (ٽيانجن ۾ ٺهيل، تجزياتي گريڊ) ۾ شامل ڪيو ويندو آهي جنهن ۾ 20٪ اسفالٽ پائوڊر ۾ 55٪ جي مضبوط مواد تي حل ڪيو ويندو آهي، ۽ ويڪيوم کي هڪجهڙائي سان هلايو ويندو آهي. ويڪيوم اوون ۾ 85 ℃ تي 4 ڪلاڪن لاءِ بيڪ ڪريو، ملائڻ لاءِ ميڪيڪل مکسر ۾ وجھو، ملائڻ جي رفتار 2000 r/min آهي، ۽ ملائڻ جو وقت 10 منٽ آهي پري ڪوٽيڊ پائوڊر حاصل ڪرڻ لاءِ. آخرڪار، پري ڪوٽيڊ پائوڊر کي نائٽروجن ماحول هيٺ 5°C/min جي گرمي جي شرح تي روٽري ڪلن ۾ ڪيلسائن ڪيو ويو. ان کي پهريان 2 ڪلاڪن لاءِ 550°C جي مسلسل گرمي پد تي رکيو ويو، پوءِ 800°C تائين گرم ڪرڻ جاري رکيو ويو ۽ 2 ڪلاڪن لاءِ مسلسل گرمي پد تي رکيو ويو، ۽ پوءِ قدرتي طور تي 100°C کان هيٺ ٿڌو ڪيو ويو ۽ سلڪون-ڪاربن جامع مواد حاصل ڪرڻ لاءِ خارج ڪيو ويو.

1.2 ڪردار نگاري جا طريقا

مواد جي پارٽيڪل سائيز ورڇ جو تجزيو پارٽيڪل سائيز ٽيسٽر (ماسٽرسائيزر 2000 ورزن، برطانيه ۾ ٺهيل) استعمال ڪندي ڪيو ويو. هر مرحلي ۾ حاصل ڪيل پائوڊر کي اليڪٽران مائڪروسڪوپي (ريگولس 8220، جاپان ۾ ٺهيل) اسڪين ڪندي جانچيو ويو ته جيئن پائوڊر جي مورفولوجي ۽ سائيز کي جانچيو وڃي. مواد جي مرحلي جي جوڙجڪ جو تجزيو ايڪس ري پاؤڊر ڊفرڪشن اينالائيزر (ڊي 8 ايڊوانس، جرمني ۾ ٺهيل) استعمال ڪندي ڪيو ويو، ۽ مواد جي عنصري ساخت جو تجزيو توانائي اسپيڪٽرم اينالائيزر استعمال ڪندي ڪيو ويو. حاصل ڪيل سلڪون-ڪاربن جامع مواد ماڊل CR2032 جي بٽڻ اڌ سيل ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو، ۽ سلڪون-ڪاربن جو ماس تناسب: SP: CNT: CMC: SBR 92:2:2:1.5:2.5 هو. ڪائونٽر اليڪٽروڊ هڪ ڌاتو ليٿيم شيٽ آهي، اليڪٽرولائٽ هڪ ڪمرشل اليڪٽرولائٽ آهي (ماڊل 1901، ڪوريا ۾ ٺهيل)، سيلگارڊ 2320 ڊايافرام استعمال ڪيو ويندو آهي، چارج ۽ ڊسچارج وولٽيج جي حد 0.005-1.5 V آهي، چارج ۽ ڊسچارج ڪرنٽ 0.1 C (1C = 1A) آهي، ۽ ڊسچارج ڪٽ آف ڪرنٽ 0.05 C آهي.

سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي ڪارڪردگي جي وڌيڪ جاچ ڪرڻ لاءِ، ليمينيٽڊ ننڍي نرم پيڪ بيٽري 408595 ٺاهي وئي. مثبت اليڪٽروڊ NCM811 (هونان ۾ ٺهيل، بيٽري گريڊ) استعمال ڪري ٿو، ۽ منفي اليڪٽروڊ گريفائٽ 8٪ سلڪون-ڪاربن مواد سان ڊوپ ٿيل آهي. مثبت اليڪٽروڊ سلري فارمولا 96٪ NCM811، 1.2٪ پولي ونائلائيڊين فلورائيڊ (PVDF)، 2٪ ڪنڊڪٽو ايجنٽ SP، 0.8٪ CNT آهي، ۽ NMP کي ڊسپرسنٽ طور استعمال ڪيو ويندو آهي؛ منفي اليڪٽروڊ سلري فارمولا 96٪ جامع منفي اليڪٽروڊ مواد، 1.3٪ CMC، 1.5٪ SBR 1.2٪ CNT آهي، ۽ پاڻي کي ڊسپرسنٽ طور استعمال ڪيو ويندو آهي. هڻڻ کان پوءِ، ڪوٽنگ، رولنگ، ڪٽنگ، ليمينيشن، ٽيب ويلڊنگ، پيڪنگنگ، بيڪنگ، مائع انجيڪشن، فارميشن ۽ گنجائش ڊويزن، 3 Ah جي درجه بندي گنجائش سان 408595 ليمينيٽڊ ننڍيون نرم پيڪ بيٽريون تيار ڪيون ويون. 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۽ 3C جي شرح ڪارڪردگي ۽ 0.5C چارج ۽ 1C ڊسچارج جي چڪر ڪارڪردگي جي جانچ ڪئي وئي. چارج ۽ ڊسچارج وولٽيج جي حد 2.8-4.2 V هئي، مسلسل ڪرنٽ ۽ مسلسل وولٽيج چارجنگ، ۽ ڪٽ آف ڪرنٽ 0.5C هو.

2 نتيجا ۽ بحث

شروعاتي سلڪون پائوڊر کي اليڪٽران مائڪروسڪوپي (SEM) اسڪين ڪندي ڏٺو ويو. سلڪون پائوڊر بي ترتيب طور تي داڻا هو جنهن جو ذرو سائيز 2μm کان گهٽ هو، جيئن شڪل 1(a) ۾ ڏيکاريل آهي. بال ملنگ کان پوءِ، سلڪون پائوڊر جو سائز خاص طور تي گهٽجي 100 nm [شڪل 1(b)] ٿي ويو. پارٽيڪل سائيز ٽيسٽ ڏيکاريو ته بال ملنگ کان پوءِ سلڪون پائوڊر جو D50 110 nm ۽ D90 175 nm هو. بال ملنگ کان پوءِ سلڪون پائوڊر جي مورفولوجي جو احتياط سان جائزو هڪ فلڪي ڍانچي ڏيکاري ٿو (فلڪي ڍانچي جي ٺهڻ کي بعد ۾ ڪراس-سيڪشنل SEM مان وڌيڪ تصديق ڪيو ويندو). تنهن ڪري، پارٽيڪل سائيز ٽيسٽ مان حاصل ڪيل D90 ڊيٽا نانو شيٽ جي ڊيگهه طول و عرض هجڻ گهرجي. SEM نتيجن سان گڏ، اهو اندازو لڳائي سگهجي ٿو ته حاصل ڪيل نانو شيٽ جو سائز گهٽ ۾ گهٽ هڪ طول و عرض ۾ چارجنگ ۽ ڊسچارج دوران سلڪون پائوڊر جي ٽٽڻ جي 150 nm جي نازڪ قدر کان ننڍو آهي. فلڪي مورفولوجي جي ٺهڻ بنيادي طور تي ڪرسٽل سلڪون جي ڪرسٽل جهازن جي مختلف الڳ ٿيڻ واري توانائي جي ڪري آهي، جن مان سلڪون جي {111} جهاز ۾ {100} ۽ {110} ڪرسٽل جهازن جي ڀيٽ ۾ گهٽ الڳ ٿيڻ واري توانائي آهي. تنهن ڪري، هي ڪرسٽل جهاز بال ملنگ ذريعي وڌيڪ آساني سان پتلي ٿي ويندو آهي، ۽ آخرڪار هڪ فلڪي ڍانچي ٺاهيندو آهي. فلڪي ڍانچي ٿلهي ڍانچي جي جمع ٿيڻ لاءِ سازگار آهي، سلڪون جي حجم جي واڌ لاءِ جاءِ محفوظ ڪري ٿي، ۽ مواد جي استحڪام کي بهتر بڻائي ٿي.

نانو-سلڪون، CNT ۽ گريفائٽ تي مشتمل سلري کي اسپري ڪيو ويو، ۽ اسپري ڪرڻ کان اڳ ۽ پوءِ پائوڊر کي SEM پاران جانچيو ويو. نتيجا شڪل 2 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. اسپري ڪرڻ کان اڳ شامل ڪيل گريفائٽ ميٽرڪس هڪ عام فليڪ ڍانچي آهي جنهن جي سائيز 5 کان 20 μm آهي [شڪل 2(a)]. گريفائٽ جي ذرڙي جي سائيز جي تقسيم جي ٽيسٽ ڏيکاري ٿي ته D50 15μm آهي. اسپري ڪرڻ کان پوءِ حاصل ڪيل پائوڊر ۾ هڪ گول مورفولوجي آهي [شڪل 2(b)]، ۽ اهو ڏسي سگهجي ٿو ته گريفائٽ اسپري ڪرڻ کان پوءِ ڪوٽنگ پرت سان ڍڪيل آهي. اسپري ڪرڻ کان پوءِ پائوڊر جو D50 26.2 μm آهي. ثانوي ذرڙن جي مورفولوجيڪل خاصيتون SEM پاران ڏٺيون ويون، جيڪي نانو مواد [شڪل 2(c)] پاران جمع ٿيل هڪ ڍڪيل پورس ڍانچي جون خاصيتون ڏيکارين ٿيون. پورس ڍانچي سلڪون نانو شيٽس ۽ CNTs مان ٺهيل آهي جيڪي هڪ ٻئي سان ڳنڍيل آهن [شڪل 2(d)]، ۽ ٽيسٽ مخصوص مٿاڇري جو علائقو (BET) 53.3 m2/g جيترو وڌيڪ آهي. تنهن ڪري، اسپري ڪرڻ کان پوءِ، سلڪون نانو شيٽس ۽ سي اين ٽي پاڻ ۾ گڏ ٿي هڪ سوراخ واري جوڙجڪ ٺاهيندا آهن.

سوراخ واري پرت کي مائع ڪاربن ڪوٽنگ سان علاج ڪيو ويو، ۽ ڪاربن ڪوٽنگ جي اڳڪٿي پچ ۽ ڪاربنائيزيشن کي شامل ڪرڻ کان پوءِ، SEM مشاهدو ڪيو ويو. نتيجا شڪل 3 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. ڪاربن پري ڪوٽنگ کان پوءِ، ثانوي ذرڙن جي مٿاڇري هموار ٿي ويندي آهي، هڪ واضح ڪوٽنگ پرت سان، ۽ ڪوٽنگ مڪمل ٿي ويندي آهي، جيئن شڪل 3(a) ۽ (b) ۾ ڏيکاريل آهي. ڪاربنائيزيشن کان پوءِ، مٿاڇري جي ڪوٽنگ پرت هڪ سٺي ڪوٽنگ حالت برقرار رکي ٿي [شڪل 3(c)]. ان کان علاوه، ڪراس-سيڪشنل SEM تصوير پٽي جي شڪل واري نانو ذرات [شڪل 3(d)] ڏيکاري ٿي، جيڪي نانو شيٽس جي مورفولوجيڪل خاصيتن سان مطابقت رکن ٿيون، بال ملنگ کان پوءِ سلڪون نانو شيٽس جي ٺهڻ جي وڌيڪ تصديق ڪن ٿيون. ان کان علاوه، شڪل 3(d) ڏيکاري ٿي ته ڪجهه نانو شيٽس جي وچ ۾ فلر آهن. اهو بنيادي طور تي مائع فيز ڪوٽنگ جي طريقي جي استعمال جي ڪري آهي. اسفالٽ حل مواد ۾ داخل ٿيندو، ته جيئن اندروني سلڪون نانو شيٽس جي مٿاڇري ڪاربن ڪوٽنگ حفاظتي پرت حاصل ڪري. تنهن ڪري، مائع مرحلي جي ڪوٽنگ استعمال ڪندي، ثانوي پارٽيڪل ڪوٽنگ اثر حاصل ڪرڻ کان علاوه، پرائمري پارٽيڪل ڪوٽنگ جو ڊبل ڪاربن ڪوٽنگ اثر پڻ حاصل ڪري سگهجي ٿو. ڪاربنائيزڊ پائوڊر کي BET پاران آزمايو ويو، ۽ ٽيسٽ جو نتيجو 22.3 m2/g هو.

ڪاربنائيزڊ پائوڊر کي ڪراس-سيڪشنل انرجي اسپيڪٽرم تجزيو (EDS) جي تابع ڪيو ويو، ۽ نتيجا شڪل 4(a) ۾ ڏيکاريا ويا آهن. مائڪرون-سائيز ڪور C جزو آهي، جيڪو گريفائٽ ميٽرڪس سان مطابقت رکي ٿو، ۽ ٻاهرين ڪوٽنگ ۾ سلڪون ۽ آڪسيجن شامل آهن. سلڪون جي بناوت جي وڌيڪ جاچ ڪرڻ لاءِ، هڪ ايڪس ري ڊفرڪشن (XRD) ٽيسٽ ڪيو ويو، ۽ نتيجا شڪل 4(b) ۾ ڏيکاريا ويا آهن. مواد بنيادي طور تي گريفائٽ ۽ سنگل-ڪرسٽل سلڪون مان ٺهيل آهي، جنهن ۾ ڪا به واضح سلڪون آڪسائيڊ خاصيتون نه آهن، اهو ظاهر ڪري ٿو ته توانائي اسپيڪٽرم ٽيسٽ جو آڪسيجن جزو بنيادي طور تي سلڪون جي مٿاڇري جي قدرتي آڪسائيڊيشن مان ايندو آهي. سلڪون-ڪاربن جامع مواد کي S1 طور رڪارڊ ڪيو ويو آهي.

تيار ڪيل سلڪون-ڪاربن مواد S1 کي بٽڻ-قسم جي اڌ-سيل پيداوار ۽ چارج-ڊسچارج ٽيسٽن جي تابع ڪيو ويو. پهرين چارج-ڊسچارج وکر شڪل 5 ۾ ڏيکاريل آهي. ريورسيبل مخصوص گنجائش 1000.8 mAh/g آهي، ۽ پهرين چڪر جي ڪارڪردگي 93.9٪ جيتري آهي، جيڪا ادب ۾ رپورٽ ڪيل پري-ليٿيئيشن کان سواءِ اڪثر سلڪون تي ٻڌل مواد جي پهرين ڪارڪردگي کان وڌيڪ آهي. اعليٰ پهرين ڪارڪردگي ظاهر ڪري ٿي ته تيار ڪيل سلڪون-ڪاربن جامع مواد ۾ اعلي استحڪام آهي. سلڪون-ڪاربن مواد جي استحڪام تي پورس ڍانچي، ڪنڊڪٽو نيٽ ورڪ ۽ ڪاربن ڪوٽنگ جي اثرات جي تصديق ڪرڻ لاءِ، ٻن قسمن جا سلڪون-ڪاربن مواد تيار ڪيا ويا بغير CNT شامل ڪرڻ ۽ بغير پرائمري ڪاربن ڪوٽنگ جي.

سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي ڪاربنائيزڊ پائوڊر جي مورفولوجي بغير CNT جي شامل ڪرڻ جي شڪل 6 ۾ ڏيکاريل آهي. مائع مرحلي جي ڪوٽنگ ۽ ڪاربنائيزيشن کان پوءِ، شڪل 6(a) ۾ ثانوي ذرڙن جي مٿاڇري تي هڪ ڪوٽنگ پرت واضح طور تي ڏسي سگهجي ٿي. ڪاربنائيزڊ مواد جو ڪراس-سيڪشنل SEM شڪل 6(b) ۾ ڏيکاريل آهي. سلڪون نانو شيٽس جي اسٽيڪنگ ۾ سوراخ جون خاصيتون آهن، ۽ BET ٽيسٽ 16.6 m2/g آهي. جڏهن ته، CNT جي صورت ۾ مقابلي ۾ [جيئن شڪل 3(d) ۾ ڏيکاريل آهي، ان جي ڪاربنائيزڊ پائوڊر جو BET ٽيسٽ 22.3 m2/g آهي]، اندروني نانو-سلڪون اسٽيڪنگ کثافت وڌيڪ آهي، جيڪو ظاهر ڪري ٿو ته CNT جو اضافو هڪ سوراخ واري structure جي ٺهڻ کي فروغ ڏئي سگهي ٿو. ان کان علاوه، مواد ۾ CNT پاران ٺهيل ٽي-dimensional conductive نيٽ ورڪ ناهي. سلڪون-ڪاربن جامع مواد S2 طور رڪارڊ ڪيو ويو آهي.

سالڊ فيز ڪاربن ڪوٽنگ ذريعي تيار ڪيل سلڪون-ڪاربن جامع مواد جون مورفولوجيڪل خاصيتون شڪل 7 ۾ ڏيکاريل آهن. ڪاربنائيزيشن کان پوءِ، مٿاڇري تي هڪ واضح ڪوٽنگ پرت آهي، جيئن شڪل 7(a) ۾ ڏيکاريل آهي. شڪل 7(b) ڏيکاري ٿي ته ڪراس سيڪشن ۾ پٽي جي شڪل وارا نانو ذرات آهن، جيڪي نانو شيٽس جي مورفولوجيڪل خاصيتن سان مطابقت رکن ٿا. نانو شيٽس جو جمع هڪ ​​سوراخ واري جوڙجڪ ٺاهيندو آهي. اندروني نانو شيٽس جي مٿاڇري تي ڪو به واضح فلر نه آهي، جيڪو ظاهر ڪري ٿو ته سالڊ فيز ڪاربن ڪوٽنگ صرف هڪ ڪاربن ڪوٽنگ پرت ٺاهيندي آهي جنهن ۾ سوراخ واري جوڙجڪ هوندي آهي، ۽ سلڪون نانو شيٽس لاءِ ڪا به اندروني ڪوٽنگ پرت نه هوندي آهي. هي سلڪون-ڪاربن جامع مواد S3 طور رڪارڊ ڪيو ويو آهي.

بٽڻ قسم جي اڌ سيل چارج ۽ ڊسچارج ٽيسٽ S2 ۽ S3 تي ڪئي وئي. S2 جي مخصوص گنجائش ۽ پهرين ڪارڪردگي ترتيب وار 1120.2 mAh/g ۽ 84.8٪ هئي، ۽ S3 جي مخصوص گنجائش ۽ پهرين ڪارڪردگي ترتيب وار 882.5 mAh/g ۽ 82.9٪ هئي. سالڊ فيز ڪوٽيڊ S3 نموني جي مخصوص گنجائش ۽ پهرين ڪارڪردگي سڀ کان گهٽ هئي، جنهن مان ظاهر ٿئي ٿو ته صرف پورس ڍانچي جي ڪاربن ڪوٽنگ ڪئي وئي هئي، ۽ اندروني سلڪون نانو شيٽس جي ڪاربن ڪوٽنگ نه ڪئي وئي هئي، جيڪا سلڪون تي ٻڌل مواد جي مخصوص گنجائش کي مڪمل راند نه ڏئي سگهي ۽ سلڪون تي ٻڌل مواد جي مٿاڇري کي بچائي نه سگهي. CNT کان سواءِ S2 نموني جي پهرين ڪارڪردگي CNT تي مشتمل سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي ڀيٽ ۾ پڻ گهٽ هئي، جنهن مان ظاهر ٿئي ٿو ته هڪ سٺي ڪوٽنگ پرت جي بنياد تي، ڪنڊڪٽو نيٽ ورڪ ۽ پورس ڍانچي جي هڪ اعليٰ درجي سلڪون-ڪاربن مواد جي چارج ۽ ڊسچارج ڪارڪردگي کي بهتر بڻائڻ لاءِ سازگار آهن.

S1 سلڪون-ڪاربن مواد کي هڪ ننڍڙي نرم پيڪ مڪمل بيٽري ٺاهڻ لاءِ استعمال ڪيو ويو ته جيئن شرح ڪارڪردگي ۽ چڪر جي ڪارڪردگي کي جانچيو وڃي. ڊسچارج ريٽ وکر شڪل 8(a) ۾ ڏيکاريل آهي. 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۽ 3C جي ڊسچارج گنجائش ترتيب وار 2.970، 2.999، 2.920، 2.176 ۽ 1.021 Ah آهي. 1C ڊسچارج ريٽ 98.3٪ جيترو وڌيڪ آهي، پر 2C ڊسچارج ريٽ 73.3٪ تائين گهٽجي ٿو، ۽ 3C ڊسچارج ريٽ 34.4٪ تائين وڌيڪ گهٽجي ٿو. سلڪون منفي اليڪٽروڊ ايڪسچينج گروپ ۾ شامل ٿيڻ لاءِ، مهرباني ڪري WeChat شامل ڪريو: shimobang. چارجنگ جي شرح جي لحاظ کان، 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۽ 3C چارجنگ جي گنجائش ترتيب وار 3.186، 3.182، 3.081، 2.686 ۽ 2.289 Ah آهن. 1C چارجنگ جي شرح 96.7٪ آهي، ۽ 2C چارجنگ جي شرح اڃا تائين 84.3٪ تائين پهچي ٿي. جڏهن ته، شڪل 8 (b) ۾ چارجنگ وکر کي ڏسندي، 2C چارجنگ پليٽ فارم 1C چارجنگ پليٽ فارم کان تمام وڏو آهي، ۽ ان جي مسلسل وولٽيج چارجنگ جي گنجائش سڀ کان وڌيڪ (55٪) لاءِ اڪائونٽ آهي، جيڪو ظاهر ڪري ٿو ته 2C ريچارج ايبل بيٽري جي پولرائيزيشن اڳ ۾ ئي تمام وڏي آهي. سلڪون-ڪاربن مواد ۾ 1C تي سٺي چارجنگ ۽ ڊسچارج ڪارڪردگي آهي، پر مواد جي ساخت جي خاصيتن کي وڌيڪ بهتر بڻائڻ جي ضرورت آهي ته جيئن اعلي شرح ڪارڪردگي حاصل ڪري سگهجي. جيئن شڪل 9 ۾ ڏيکاريل آهي، 450 چڪرن کان پوءِ، گنجائش برقرار رکڻ جي شرح 78٪ آهي، جيڪا سٺي چڪر جي ڪارڪردگي ڏيکاري ٿي.

SEM پاران چڪر کان اڳ ۽ بعد ۾ اليڪٽروڊ جي مٿاڇري جي حالت جي جاچ ڪئي وئي، ۽ نتيجا شڪل 10 ۾ ڏيکاريا ويا آهن. چڪر کان اڳ، گريفائٽ ۽ سلڪون-ڪاربن مواد جي مٿاڇري صاف آهي [شڪل 10(a)]؛ چڪر کان پوءِ، مٿاڇري تي هڪ ڪوٽنگ پرت واضح طور تي پيدا ٿئي ٿي [شڪل 10(b)]، جيڪا هڪ ٿلهي SEI فلم آهي. SEI فلم جي خرابي فعال ليٿيم جو استعمال وڌيڪ آهي، جيڪو چڪر جي ڪارڪردگي لاءِ سازگار ناهي. تنهن ڪري، هڪ هموار SEI فلم جي ٺهڻ کي فروغ ڏيڻ (جهڙوڪ مصنوعي SEI فلم جي تعمير، مناسب اليڪٽرولائيٽ اضافو شامل ڪرڻ، وغيره) چڪر جي ڪارڪردگي کي بهتر بڻائي سگهي ٿو. چڪر کان پوءِ سلڪون-ڪاربن ذرڙن جو ڪراس-سيڪشنل SEM مشاهدو [شڪل 10(c)] ڏيکاري ٿو ته اصل پٽي جي شڪل وارا سلڪون نانو پارٽيڪلز ٿلها ٿي ويا آهن ۽ پورس ڍانچي کي بنيادي طور تي ختم ڪيو ويو آهي. اهو بنيادي طور تي چڪر دوران سلڪون-ڪاربن مواد جي مسلسل حجم جي توسيع ۽ سنڪچ جي ڪري آهي. تنهن ڪري، سلڪون تي ٻڌل مواد جي حجم جي توسيع لاءِ ڪافي بفر اسپيس فراهم ڪرڻ لاءِ پورس ڍانچي کي وڌيڪ وڌائڻ جي ضرورت آهي.

3 نتيجو

سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد جي حجم جي توسيع، خراب چالکائي ۽ خراب انٽرفيس استحڪام جي بنياد تي، هي پيپر سلڪون نانو شيٽس جي مورفولوجي شڪل، پورس ڍانچي جي تعمير، ڪنڊڪٽو نيٽ ورڪ جي تعمير ۽ پوري ثانوي ذرڙن جي مڪمل ڪاربن ڪوٽنگ کان وٺي، سلڪون تي ٻڌل منفي اليڪٽروڊ مواد جي استحڪام کي بهتر بڻائڻ لاءِ، ٽارگيٽيڊ بهتري آڻيندو آهي. سلڪون نانو شيٽس جو جمع هڪ ​​پورس ڍانچي ٺاهي سگهي ٿو. CNT جو تعارف هڪ پورس ڍانچي جي ٺهڻ کي وڌيڪ فروغ ڏيندو. مائع فيز ڪوٽنگ ذريعي تيار ڪيل سلڪون-ڪاربن جامع مواد ۾ مضبوط فيز ڪوٽنگ پاران تيار ڪيل کان ٻٽي ڪاربن ڪوٽنگ اثر آهي، ۽ اعلي مخصوص گنجائش ۽ پهرين ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو. ان کان علاوه، CNT تي مشتمل سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي پهرين ڪارڪردگي CNT کان سواءِ وڌيڪ آهي، جيڪا بنيادي طور تي سلڪون تي ٻڌل مواد جي حجم جي توسيع کي گهٽائڻ لاءِ پورس ڍانچي جي صلاحيت جي اعليٰ درجي جي ڪري آهي. CNT جو تعارف هڪ ٽي-dimensional conductive نيٽ ورڪ ٺاهيندو، سلڪون تي ٻڌل مواد جي چالکائي کي بهتر بڻائيندو، ۽ 1C تي سٺي شرح ڪارڪردگي ڏيکاريندو؛ ۽ مواد سٺي چڪر جي ڪارڪردگي ڏيکاري ٿو. جڏهن ته، مواد جي سوراخ واري جوڙجڪ کي وڌيڪ مضبوط ڪرڻ جي ضرورت آهي ته جيئن سلڪون جي حجم جي واڌ لاءِ ڪافي بفر اسپيس فراهم ڪري سگهجي، ۽ هڪ هموار جي ٺهڻ کي فروغ ڏئي سگهجي.۽ سلڪون-ڪاربن جامع مواد جي چڪر جي ڪارڪردگي کي وڌيڪ بهتر بڻائڻ لاءِ گهاٽو SEI فلم.

اسان اعليٰ پاڪائي واري گريفائيٽ ۽ سلڪون ڪاربائيڊ پراڊڪٽس پڻ فراهم ڪندا آهيون، جيڪي وڏي پيماني تي ويفر پروسيسنگ جهڙوڪ آڪسائيڊيشن، ڊفيوژن، ۽ اينيلنگ ۾ استعمال ٿيندا آهن.

وڌيڪ بحث لاءِ اسان وٽ اچڻ لاءِ دنيا جي ڪنهن به گراهڪ کي ڀليڪار!

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