تۆشۈكلۈك كرېمنىي كاربون بىرىكمە ماتېرىياللىرىنى تەييارلاش ۋە ئىقتىدارنى ياخشىلاش

لىتىي ئىئون باتارېيەلىرى ئاساسلىقى يۇقىرى ئېنېرگىيە زىچلىقى يۆنىلىشىدە تەرەققىي قىلماقتا. ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا، كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرى لىتىي بىلەن قېتىشتۇرۇلۇپ، لىتىيغا باي Li3.75Si باسقۇچلۇق مەھسۇلات ھاسىل قىلىنىدۇ، ئۇنىڭ مەخسۇس سىغىمى 3572 mAh/g غىچە بولۇپ، بۇ گرافىت مەنپىي ئېلېكترودنىڭ نەزەرىيەۋى مەخسۇس سىغىمى 372 mAh/g دىن خېلىلا يۇقىرى. قانداقلا بولمىسۇن، كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنى قايتا-قايتا زەرەتلەش ۋە بوشىتىش جەريانىدا، Si ۋە Li3.75Si نىڭ باسقۇچلۇق ئۆزگىرىشى زور مىقداردىكى كېڭىيىشنى (تەخمىنەن %300) كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، بۇ ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنىڭ قۇرۇلمىلىق پاراشوكلىنىشى ۋە SEI پەردىسىنىڭ ئۈزلۈكسىز شەكىللىنىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ، ئاخىرىدا سىغىمىنىڭ تېز سۈرئەتتە تۆۋەنلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. بۇ كەسىپ ئاساسلىقى نانو چوڭلۇق، كاربون قاپلاش، تۆشۈك شەكىللەندۈرۈش قاتارلىق تېخنىكىلار ئارقىلىق كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنىڭ ئىقتىدارىنى ۋە كرېمنىي ئاساسلىق باتارېيەلەرنىڭ مۇقىملىقىنى ياخشىلايدۇ.

كاربون ماتېرىياللىرى ياخشى ئۆتكۈزۈشچانلىققا، تۆۋەن باھاغا ۋە كەڭ مەنبەگە ئىگە. ئۇلار كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە يۈزەكى مۇقىملىقىنى ياخشىلىيالايدۇ. ئۇلار كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترودلارنىڭ ئىقتىدارنى ياخشىلاش قوشۇمچە ماددىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ. كرېمنىي-كاربون ماتېرىياللىرى كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترودلارنىڭ ئاساسلىق تەرەققىيات يۆنىلىشى. كاربون قاپلاش كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ يۈزەكى مۇقىملىقىنى ياخشىلىيالايدۇ، ئەمما كرېمنىي ھەجىمىنىڭ كېڭىيىشىنى توسۇش ئىقتىدارى ئادەتتىكى بولۇپ، كرېمنىي ھەجىمىنىڭ كېڭىيىش مەسىلىسىنى ھەل قىلالمايدۇ. شۇڭا، كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ مۇقىملىقىنى ياخشىلاش ئۈچۈن، تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىلارنى ياساش كېرەك. توپ فرېزلاش نانوماتېرىياللارنى تەييارلاشنىڭ سانائەتلەشكەن ئۇسۇلى. بىرىكمە ماتېرىيالنىڭ لايىھە تەلىپىگە ئاساسەن، توپ فرېزلاش ئارقىلىق ئېرىشكەن سۇيۇقلۇققا ھەر خىل قوشۇمچە ماددىلار ياكى ماتېرىيال تەركىبلىرىنى قوشۇشقا بولىدۇ. سۇيۇقلۇق ھەر خىل سۇيۇقلۇقلار ئارقىلىق تەكشى تارقىلىپ، پۈركۈپ قۇرۇتۇلىدۇ. دەرھال قۇرۇتۇش جەريانىدا، سۇيۇقلۇقتىكى نانو زەررىچىلەر ۋە باشقا تەركىبلەر ئۆزلۈكىدىن تۆشۈكلۈك قۇرۇلما خۇسۇسىيىتىنى شەكىللەندۈرىدۇ. بۇ ماقالە سانائەتلەشكەن ۋە مۇھىت ئاسرايدىغان توپ فرېزلاش ۋە پۈركۈپ قۇرۇتۇش تېخنىكىسىنى قوللىنىپ، تۆشۈكلۈك كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنى تەييارلايدۇ.

كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ ئىقتىدارىنى كرېمنىي نانوماتېرىياللىرىنىڭ مورفولوگىيەسى ۋە تارقىلىش خۇسۇسىيىتىنى تەڭشەش ئارقىلىقمۇ ياخشىلىغىلى بولىدۇ. ھازىر كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللار ھەر خىل مورفولوگىيە ۋە تارقىلىش خۇسۇسىيىتىگە ئىگە بولۇپ، مەسىلەن كرېمنىي نانو تاياقچىسى، تۆشۈكلۈك گرافىت ئىچىگە كىرگۈزۈلگەن نانوكرېمنىي، كاربون شارلىرىغا تارقالغان نانوكرېمنىي، كرېمنىي/گرافېن قاتارى تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىلىرى قاتارلىقلار تەييارلاندى. نانو زەررىچىلەرگە سېلىشتۇرغاندا، نانو قەغەزلەر ھەجىم كېڭىيىشىدىن كېلىپ چىققان ئېزىلىش مەسىلىسىنى ياخشىراق باستۇرالايدۇ، ھەمدە ماتېرىيالنىڭ زىچلىشىش زىچلىقى يۇقىرى بولىدۇ. نانو قەغەزلەرنىڭ قالايمىقان يىغىلىشى يەنە تۆشۈكلۈك قۇرۇلما ھاسىل قىلالايدۇ. كرېمنىي مەنپىي ئېلېكترود ئالماشتۇرۇش گۇرۇپپىسىغا قوشۇلىدۇ. كرېمنىي ماتېرىياللىرىنىڭ ھەجىم كېڭىيىشى ئۈچۈن بۇففېر بوشلۇقى بىلەن تەمىنلەيدۇ. كاربون نانو تۇرۇبا (CNTs) نىڭ كىرگۈزۈلۈشى پەقەت ماتېرىيالنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلاپلا قالماي، يەنە بىر ئۆلچەملىك مورفولوگىيەلىك خۇسۇسىيىتى سەۋەبىدىن ماتېرىيالنىڭ تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىلىرىنىڭ شەكىللىنىشىنى ئىلگىرى سۈرىدۇ. كرېمنىي نانو قەغەزلىرى ۋە CNTs تەرىپىدىن ياسالغان تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىلار توغرىسىدا ھېچقانداق دوكلات يوق. بۇ ماقالە سانائەتتە قوللىنىلىدىغان توپ فرېزېرلاش، ئۇۋىلاش ۋە تارقىتىش، پۈركۈپ قۇرۇتۇش، كاربون ئالدىن قاپلاش ۋە كۆيدۈرۈش ئۇسۇللىرىنى قوللىنىدۇ، ھەمدە كرېمنىي نانو قەغەزلىرى ۋە CNT لارنى ئۆزلۈكىدىن يىغىش ئارقىلىق ھاسىل قىلىنغان كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنى تەييارلاش ئۈچۈن تەييارلىق جەريانىغا تۆشۈكلۈك ئىلگىرى سۈرگۈچلەرنى كىرگۈزىدۇ. تەييارلاش جەريانى ئاددىي، مۇھىت ئاسرايدىغان بولۇپ، ھېچقانداق قالدۇق سۇيۇقلۇق ياكى قالدۇق قالدۇق ھاسىل بولمايدۇ. كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ كاربون قاپلىشى توغرىسىدا نۇرغۇن ئەدەبىيات دوكلاتلىرى بار، ئەمما قاپلاشنىڭ تەسىرى توغرىسىدا چوڭقۇر مۇھاكىمە قىلىشلار ئاز. بۇ ماقالە ئاسفالتنى كاربون مەنبەسى قىلىپ ئىشلىتىپ، ئىككى خىل كاربون قاپلاش ئۇسۇلى، يەنى سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ۋە قاتتىق باسقۇچلۇق قاپلاشنىڭ قاپلاش ئۈنۈمى ۋە كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنىڭ ئىقتىدارىغا بولغان تەسىرىنى تەكشۈرىدۇ.

1 تەجرىبە

1.1 ماتېرىيال تەييارلاش

تۆشۈكلۈك كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىياللىرىنى تەييارلاش ئاساسلىقى بەش باسقۇچنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ: توپ ئۇۋىلاش، ئۇۋىلاش ۋە تارقىتىش، پۈركۈپ قۇرۇتۇش، كاربوننى ئالدىن قاپلاش ۋە كاربونلاشتۇرۇش. ئالدى بىلەن، 500 گرام دەسلەپكى كرېمنىي پاراشوكىنى (ئۆيدە ئىشلەنگەن، ساپلىقى %99.99) ئۆلچەپ، 2000 گرام ئىزوپروپانول قوشۇپ، نانو كۆلەملىك كرېمنىي سۇيۇقلۇقىنى ئېلىش ئۈچۈن 24 سائەت ئىچىدە 2000 ئايلىنىش/مىنۇتلۇق توپ ئۇۋىلاش سۈرئىتىدە ھۆل توپ ئۇۋىلاش ئېلىپ بېرىلىدۇ. ئېرىشكەن كرېمنىي سۇيۇقلۇقى تارقىتىش باكىغا يۆتكىلىدۇ، ماتېرىياللار كرېمنىينىڭ ماسسا نىسبىتىگە ئاساسەن قوشۇلىدۇ: گرافىت (شاڭخەيدە ئىشلەنگەن، باتارېيە دەرىجىسى): كاربون نانو تۇرۇبا (تيەنجىندە ئىشلەنگەن، باتارېيە دەرىجىسى): پولىۋىنىل پىررولىدون (تيەنجىندە ئىشلەنگەن، ئانالىز دەرىجىسى) = 40:60:1.5:2. ئىزوپروپانول قاتتىق ماددىلارنىڭ مىقدارىنى تەڭشەشكە ئىشلىتىلىدۇ، قاتتىق ماددىلارنىڭ مىقدارى %15 قىلىپ لايىھەلەنگەن. ئۇۋىلاش ۋە تارقىتىش 3500 ئايلىنىش/مىنۇتلۇق تارقىتىش سۈرئىتىدە 4 سائەت ئىچىدە ئېلىپ بېرىلىدۇ. CNT قوشماي يەنە بىر گۇرۇپپا سۇلياۋلار سېلىشتۇرۇلىدۇ، باشقا ماتېرىياللار ئوخشاش. ئاندىن ئېرىشكەن تارقاق سۇلياۋ پۈركۈش قۇرۇتۇش باكىغا يۆتكىلىدۇ، ئاندىن ئازوت بىلەن قوغدىلىدىغان ئاتموسفېرادا پۈركۈش قۇرۇتۇلىدۇ، كىرىش ۋە چىقىش تېمپېراتۇرىسى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 180 سېلسىيە گرادۇس ۋە 90 سېلسىيە گرادۇس بولىدۇ. ئاندىن ئىككى خىل كاربون قاپلاش سېلىشتۇرۇلدى، قاتتىق باسقۇچلۇق قاپلاش ۋە سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش. قاتتىق باسقۇچلۇق قاپلاش ئۇسۇلى: پۈركۈش قۇرۇتۇلغان پاراشوك %20 ئاسفالت پاراشوكى (كورېيەدە ئىشلەنگەن، D50 نىڭ 5 مىكرومېتىرى) بىلەن ئارىلاشتۇرۇلۇپ، مېخانىكىلىق ئارىلاشتۇرغۇچتا 10 مىنۇت ئارىلاشتۇرۇلىدۇ، ئارىلاشتۇرۇش سۈرئىتى 2000 ئايلىنىش/مىنۇت بولۇپ، ئالدىن قاپلانغان پاراشوك ھاسىل قىلىنىدۇ. سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ئۇسۇلى: پۈركۈش قۇرۇتۇلغان پاراشوك %55 قاتتىق مىقداردا پاراشوكتا ئېرىتىلگەن %20 ئاسفالتنى ئۆز ئىچىگە ئالغان كسىلېن ئېرىتمىسىگە (تىيەنجىندە ئىشلەنگەن، ئانالىز دەرىجىلىك) قوشۇلىدۇ ۋە ۋاكۇئۇم ئارقىلىق تەكشى ئارىلاشتۇرۇلىدۇ. ۋاكۇئۇم ئوچاقتا 85 سېلسىيە گرادۇستا 4 سائەت پىشۇرۇلىدۇ، ئاندىن مېخانىكىلىق ئارىلاشتۇرغۇچقا سېلىپ ئارىلاشتۇرۇلىدۇ، ئارىلاشتۇرۇش سۈرئىتى 2000 ئايلىنىش/مىنۇت، ئارىلاشتۇرۇش ۋاقتى 10 مىنۇت بولۇپ، ئالدىن قاپلانغان پاراشوك ھاسىل قىلىنىدۇ. ئاخىرىدا، ئالدىن قاپلانغان پاراشوك ئازوت ئاتموسفېراسى ئاستىدا ئايلانما ئوچاقتا 5 سېلسىيە گرادۇسلۇق قىزىتىش سۈرئىتىدە قىزىتىلىدۇ. ئۇ ئالدى بىلەن 550 سېلسىيە گرادۇسلۇق مۇقىم تېمپېراتۇرىدا 2 سائەت ساقلىنىدۇ، ئاندىن 800 سېلسىيە گرادۇسقىچە قىزىتىلىدۇ ۋە 2 سائەت مۇقىم تېمپېراتۇرىدا ساقلىنىدۇ، ئاندىن تەبىئىي ھالدا 100 سېلسىيە گرادۇستىن تۆۋەن تېمپېراتۇرىغا سوۋۇتۇلۇپ، كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى ھاسىل قىلىنىدۇ.

1.2 خاراكتېر بەلگىلەش ئۇسۇللىرى

ماتېرىيالنىڭ زەررىچە چوڭلۇقىنىڭ تارقىلىشى زەررىچە چوڭلۇقىنى سىناق قىلىش ئۈسكۈنىسى (Mastersizer 2000 نۇسخىسى، ئەنگىلىيەدە ئىشلەنگەن) ئارقىلىق تەھلىل قىلىندى. ھەر بىر باسقۇچتا قولغا كەلتۈرۈلگەن پاراشوكلار پاراشوكلارنىڭ مورفولوگىيەسى ۋە چوڭلۇقىنى تەكشۈرۈش ئۈچۈن ئېلېكترونلۇق مىكروسكوپ (Regulus8220، ياپونىيەدە ئىشلەنگەن) ئارقىلىق سىناق قىلىندى. ماتېرىيالنىڭ باسقۇچ قۇرۇلمىسى رېنتىگېن نۇرى پاراشوكى دىفراكسىيە ئانالىزاتورى (D8 ADVANCE، گېرمانىيەدە ئىشلەنگەن) ئارقىلىق تەھلىل قىلىندى، ماتېرىيالنىڭ ئېلېمېنت تەركىبى ئېنېرگىيە سپېكتىرى ئانالىزاتورى ئارقىلىق تەھلىل قىلىندى. قولغا كەلتۈرۈلگەن كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى CR2032 مودېلىنىڭ تۈگمە يېرىم ھۈجەيرىسىنى ياساشقا ئىشلىتىلدى، كرېمنىي-كاربوننىڭ ماسسا نىسبىتى: SP: CNT: CMC: SBR 92:2:2:1.5:2.5 بولدى. قارشى ئېلېكترود مېتال لىتىي قەغىزىدىن ياسالغان، ئېلېكترولىت سودا ئېلېكترولىت (1901-يىللىق مودېل، كورېيەدە ئىشلەنگەن)، Celgard 2320 دىئافراگما ئىشلىتىلگەن، زەرەتلەش ۋە چىقىرىش توك بېسىمى دائىرىسى 0.005-1.5 V، زەرەتلەش ۋە چىقىرىش توكى 0.1 C (1C = 1A)، چىقىرىشنى ئۈزۈش توكى 0.05 C.

كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىياللىرىنىڭ ئىقتىدارىنى تېخىمۇ چوڭقۇر تەكشۈرۈش ئۈچۈن، 408595 نومۇرلۇق لامىناتلانغان كىچىك يۇمشاق ئورالما باتارېيەسى ياسالدى. مۇسبەت ئېلېكترود NCM811 (خۇنەندە ئىشلەنگەن، باتارېيە دەرىجىسى) نى ئىشلىتىدۇ، مەنپىي ئېلېكترود گرافىت بولسا %8 كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالى بىلەن قوشۇلىدۇ. مۇسبەت ئېلېكترود سۇيۇقلۇقى فورمۇلاسى %96 NCM811، %1.2 پولىۋىنىلىدىن فتور (PVDF)، %2 ئۆتكۈزگۈچ ماددا SP، %0.8 CNT، NMP بولسا تارقىتىش دورىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ؛ مەنپىي ئېلېكترود سۇيۇقلۇقى فورمۇلاسى %96 بىرىكمە مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىيالى، %1.3 CMC، %1.5 SBR %1.2 CNT، سۇ بولسا تارقىتىش دورىسى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ. ئارىلاشتۇرۇش، قاپلاش، دومىلىتىش، كېسىش، لامىناتلاش، قەۋەتلەش، ئوراپ قاچىلاش، پىشۇرۇش، سۇيۇقلۇق قۇيۇش، شەكىللەندۈرۈش ۋە سىغىمىنى بۆلۈش ئارقىلىق، 3 Ah سىغىمىغا ئىگە 408595 لامىناتلانغان كىچىك يۇمشاق ئورالما باتارېيەسى تەييارلاندى. 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۋە 3C نىڭ سۈرئەت ئىقتىدارى ۋە 0.5C زەرەتلەش ۋە 1C رازرېدلاشنىڭ دەۋرىي ئىقتىدارى سىناق قىلىندى. زەرەتلەش ۋە رازرېدلاش توك بېسىمى دائىرىسى 2.8-4.2V، تۇراقلىق توك ۋە تۇراقلىق توك بېسىمى، ئۈزۈلۈش توكى 0.5C بولدى.

2 نەتىجە ۋە مۇھاكىمە

دەسلەپكى كرېمنىي پاراشوكى سىكانىرلاش ئېلېكترون مىكروسكوپى (SEM) ئارقىلىق كۆزىتىلدى. كرېمنىي پاراشوكى 1(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، زەررىچە چوڭلۇقى 2μm دىن كىچىك بولغان، قالايمىقان دانچە شەكىللىك ئىدى. توپ فرېزېرلاشتىن كېيىن، كرېمنىي پاراشوكىنىڭ چوڭلۇقى كۆرۈنەرلىك دەرىجىدە 100nm غا چۈشتى [1(b)-رەسىم]. زەررىچە چوڭلۇقى سىنىقىدا، توپ فرېزېرلاشتىن كېيىنكى كرېمنىي پاراشوكىنىڭ D50 نىڭ 110nm، D90 نىڭ 175nm ئىكەنلىكى كۆرسىتىلدى. توپ فرېزېرلاشتىن كېيىنكى كرېمنىي پاراشوكىنىڭ مورفولوگىيەسىنى ئەستايىدىل تەكشۈرۈشتە، پارچىلىق قۇرۇلما كۆرۈلدى (پارلىق قۇرۇلمىنىڭ شەكىللىنىشى كېيىن كېسىشمە SEM دىن تېخىمۇ ئېنىقلىنىدۇ). شۇڭا، زەررىچە چوڭلۇقى سىنىقىدىن ئېرىشكەن D90 سانلىق مەلۇماتلىرى نانو قەغەزنىڭ ئۇزۇنلۇق ئۆلچىمى بولۇشى كېرەك. SEM نەتىجىلىرى بىلەن بىرلەشتۈرگەندە، ئېرىشكەن نانو قەغەزنىڭ چوڭلۇقىنىڭ كەم دېگەندە بىر ئۆلچەمدە كرېمنىي پاراشوكىنىڭ زەرەتلەش ۋە بوشىتىش جەريانىدا سۇنۇش نىسبىتىنىڭ 150nm نىڭ مۇھىم قىممىتىدىن كىچىك ئىكەنلىكىگە ھۆكۈم قىلغىلى بولىدۇ. قاتلاق شەكىللىك شەكىلنىڭ شەكىللىنىشى ئاساسلىقى كىرىستال كرېمنىينىڭ كىرىستال تۈزلەڭلىكلىرىنىڭ ئايرىلىش ئېنېرگىيەسىنىڭ ئوخشىماسلىقىدىن كېلىپ چىقىدۇ، بۇنىڭ ئىچىدە كرېمنىينىڭ {111} تۈزلەڭلىكىنىڭ ئايرىلىش ئېنېرگىيەسى {100} ۋە {110} كىرىستال تۈزلەڭلىكلىرىگە قارىغاندا تۆۋەن. شۇڭلاشقا، بۇ كىرىستال تۈزلەڭلىكى توپ ئۇۋىلاش ئارقىلىق ئاسانلا نېپىزلەشتۈرۈلۈپ، ئاخىرىدا قاتلاق قۇرۇلما ھاسىل قىلىدۇ. قاتلاق قۇرۇلما بوش قۇرۇلمىلارنىڭ توپلىنىشىغا پايدىلىق بولۇپ، كرېمنىينىڭ ھەجىم كېڭىيىشى ئۈچۈن بوشلۇق ساقلايدۇ ۋە ماتېرىيالنىڭ مۇقىملىقىنى ياخشىلايدۇ.

نانو-كرېمنىي، CNT ۋە گرافىت تەركىبىدىكى سۇيۇقلۇق پۈركۈلدى، پۈركۈشتىن بۇرۇنقى ۋە كېيىنكى پاراشوك SEM ئارقىلىق تەكشۈرۈلدى. نەتىجىلەر 2-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. پۈركۈشتىن بۇرۇن قوشۇلغان گرافىت ماترىتسىسى 5 دىن 20 μm غىچە بولغان ئادەتتىكى پارچىلىق قۇرۇلما [2-رەسىم (a)]. گرافىتنىڭ زەررىچە چوڭلۇقىنىڭ تارقىلىش سىنىقى D50 نىڭ 15 μm ئىكەنلىكىنى كۆرسەتتى. پۈركۈشتىن كېيىن ئېرىشكەن پاراشوك شار شەكىللىك بولۇپ [2-رەسىم (b)]، پۈركۈشتىن كېيىن گرافىتنىڭ قاپلاش قەۋىتى بىلەن قاپلانغانلىقىنى كۆرۈۋالغىلى بولىدۇ. پۈركۈشتىن كېيىنكى پاراشوكنىڭ D50 ى 26.2 μm. ئىككىنچى دەرىجىلىك زەررىچىلەرنىڭ مورفولوگىيەلىك ئالاھىدىلىكلىرى SEM ئارقىلىق كۆزىتىلدى، بۇ نانوماتېرىياللار توپلىغان بوش تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ ئالاھىدىلىكلىرىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ [2-رەسىم (c)]. تۆشۈكلۈك قۇرۇلما كرېمنىي نانو قەۋەتلىرى ۋە CNT لاردىن تەركىب تاپقان بولۇپ، بىر-بىرىگە چىرمىشىپ كەتكەن [2-رەسىم (d)]، سىناققا ماس كېلىدىغان يۈز كۆلىمى (BET) 53.3 m2/g غا يېتىدۇ. شۇڭلاشقا، پۈركۈشتىن كېيىن، كرېمنىي نانو قەغەزلىرى ۋە CNTلار ئۆزلۈكىدىن يىغىلىپ، تۆشۈك شەكىللىك قۇرۇلما ھاسىل قىلىدۇ.

تۆشۈكلۈك قەۋەت سۇيۇق كاربون قاپلاش بىلەن بىر تەرەپ قىلىندى، كاربون قاپلاش ئالدىنقى قەۋىتى ۋە كاربونلاشتۇرۇش قوشۇلغاندىن كېيىن، SEM كۆزىتىش ئېلىپ بېرىلدى. نەتىجىلەر 3-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. كاربون قاپلاش ئالدىن قاپلانغاندىن كېيىن، ئىككىنچى دەرىجىلىك زەررىچىلەرنىڭ يۈزى سىلىق بولۇپ، روشەن قاپلاش قەۋىتىگە ئىگە بولىدۇ، ھەمدە قاپلاش تاماملىنىدۇ، رەسىم 3(a) ۋە (b) دە كۆرسىتىلگەندەك. كاربونلاشتۇرۇلغاندىن كېيىن، يۈزە قاپلاش قەۋىتى ياخشى قاپلاش ھالىتىنى ساقلايدۇ [رەسىم 3(c)]. بۇنىڭدىن باشقا، كېسىشمە SEM رەسىمىدە نانو قەۋەتلەرنىڭ مورفولوگىيىلىك ئالاھىدىلىكلىرىگە ماس كېلىدىغان لېنتا شەكىللىك نانو زەررىچىلەر [رەسىم 3(d)] كۆرسىتىلدى، بۇ شار فرېزىرلاشتىن كېيىن كرېمنىي نانو قەۋەتلىرىنىڭ شەكىللىنىشىنى تېخىمۇ دەلىللەيدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، رەسىم 3(d) بەزى نانو قەۋەتلەر ئارىسىدا تولدۇرۇش ماددىلار بارلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇ ئاساسلىقى سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ئۇسۇلىنى قوللىنىشتىن كېلىپ چىققان. ئاسفالت ئېرىتمىسى ماتېرىيالغا سىڭىپ كىرىدۇ، شۇڭا ئىچكى كرېمنىي نانو قەۋەتلىرىنىڭ يۈزى كاربون قاپلاش قوغداش قەۋىتىگە ئېرىشىدۇ. شۇڭا، سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ئارقىلىق، ئىككىنچى دەرىجىلىك زەررىچە قاپلاش ئۈنۈمىگە ئېرىشىشتىن باشقا، دەسلەپكى زەررىچە قاپلاشنىڭ قوش كاربون قاپلاش ئۈنۈمىگىمۇ ئېرىشكىلى بولىدۇ. كاربونلاشتۇرۇلغان پاراشوك BET ئارقىلىق سىناق قىلىندى، سىناق نەتىجىسى 22.3 m2/g بولدى.

كاربونلاشتۇرۇلغان پاراشوك كېسىشمە ئېنېرگىيە سپېكتىرى ئانالىزىغا (EDS) دۇچ كەلدى، نەتىجىسى 4(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. مىكرون چوڭلۇقتىكى يادروسى گرافىت ماترىتسىسىغا ماس كېلىدىغان C تەركىبىي قىسمى بولۇپ، سىرتقى قەۋىتىدە كرېمنىي ۋە ئوكسىگېن بار. كرېمنىينىڭ قۇرۇلمىسىنى تېخىمۇ چوڭقۇر تەكشۈرۈش ئۈچۈن، رېنتىگېن نۇرى دىفراكسىيەسى (XRD) سىنىقى ئېلىپ بېرىلدى، نەتىجىسى 4(b)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. بۇ ماتېرىيال ئاساسلىقى گرافىت ۋە يەككە كرىستاللىق كرېمنىيدىن تەركىب تاپقان بولۇپ، كرېمنىي ئوكسىد خۇسۇسىيىتى روشەن ئەمەس، بۇ ئېنېرگىيە سپېكتىرى سىنىقىنىڭ ئوكسىگېن تەركىبىي قىسمىنىڭ ئاساسلىقى كرېمنىي يۈزىنىڭ تەبىئىي ئوكسىدلىنىشىدىن كېلىدىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى S1 دەپ خاتىرىلەنگەن.

تەييارلانغان كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالى S1 كۇنۇپكا تىپلىق يېرىم ھۈجەيرە ئىشلەپچىقىرىش ۋە زەرەتلەش-راۋانلاشتۇرۇش سىنىقىدىن ئۆتتى. تۇنجى زەرەتلەش-راۋانلاشتۇرۇش ئەگرى سىزىقى 5-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. قايتىشقا بولىدىغان سېلىشتۇرما سىغىمى 1000.8 mAh/g بولۇپ، تۇنجى دەۋرىيلىك ئۈنۈمى %93.9 كە يېتىدۇ، بۇ ئەدەبىياتتا خەۋەر قىلىنغان ئالدىن لىتىيلىنىشسىز كۆپىنچە كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ بىرىنچى ئۈنۈمىدىن يۇقىرى. يۇقىرى بىرىنچى ئۈنۈمى تەييارلانغان كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالىنىڭ يۇقىرى مۇقىملىققا ئىگە ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىدۇ. كرېمنىي-كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ مۇقىملىقىغا بولغان تۆشۈكلۈك قۇرۇلما، ئۆتكۈزگۈچ تور ۋە كاربون قاپلىمىسىنىڭ تەسىرىنى تەكشۈرۈش ئۈچۈن، CNT قوشماي ۋە دەسلەپكى كاربون قاپلىمىسىز ئىككى خىل كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالى تەييارلاندى.

CNT قوشماي كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالىنىڭ كاربونلاشتۇرۇلغان پاراشوكىنىڭ شەكلى 6-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ۋە كاربونلاشتۇرۇشتىن كېيىن، 6(a)-رەسىمدىكى ئىككىنچى دەرىجىلىك زەررىچىلەرنىڭ يۈزىدە قاپلاش قەۋىتىنى ئېنىق كۆرگىلى بولىدۇ. كاربونلاشتۇرۇلغان ماتېرىيالنىڭ كېسىشمە SEM شەكلى 6(b)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. كرېمنىي نانو قەۋەتلىرىنىڭ ئۈستى-ئۈستىگە قويۇلىشى تۆشۈكلۈك خۇسۇسىيەتكە ئىگە بولۇپ، BET سىنىقى 16.6 m2/g. قانداقلا بولمىسۇن، CNT بىلەن سېلىشتۇرغاندا [3(d)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، ئۇنىڭ كاربونلاشتۇرۇلغان پاراشوكىنىڭ BET سىنىقى 22.3 m2/g]، ئىچكى نانو-كرېمنىي ئۈستى-ئۈستىگە قويۇلىش زىچلىقى يۇقىرى، بۇ CNT قوشۇش تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ شەكىللىنىشىنى ئىلگىرى سۈرىدىغانلىقىنى كۆرسىتىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، بۇ ماتېرىيالدا CNT تەرىپىدىن قۇرۇلغان ئۈچ ئۆلچەملىك ئۆتكۈزگۈچ تور يوق. كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى S2 دەپ خاتىرىلەنگەن.

قاتتىق باسقۇچلۇق كاربون قاپلاش ئارقىلىق تەييارلانغان كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالىنىڭ مورفولوگىيەلىك ئالاھىدىلىكلىرى 7-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. كاربونلاشتۇرۇلغاندىن كېيىن، 7(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، يۈزىدە روشەن قاپلاش قەۋىتى پەيدا بولىدۇ. 7(b)-رەسىمدە كېسىشمە يۈزىدە لېنتا شەكىللىك نانو زەررىچىلەر بارلىقى كۆرسىتىلگەن بولۇپ، بۇ نانو قەۋەتلەرنىڭ مورفولوگىيەلىك ئالاھىدىلىكلىرىگە ماس كېلىدۇ. نانو قەۋەتلەرنىڭ توپلىنىشى تۆشۈك شەكىللىك قۇرۇلما ھاسىل قىلىدۇ. ئىچكى نانو قەۋەتلەرنىڭ يۈزىدە روشەن تولدۇرغۇچ يوق، بۇ قاتتىق باسقۇچلۇق كاربون قاپلاش پەقەت تۆشۈك شەكىللىك كاربون قاپلاش قەۋىتىنى ھاسىل قىلىدىغانلىقىنى، كرېمنىي نانو قەۋەتلىرى ئۈچۈن ئىچكى قاپلاش قەۋىتى يوقلىقىنى كۆرسىتىدۇ. بۇ كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى S3 دەپ خاتىرىلەنگەن.

S2 ۋە S3 دا كۇنۇپكا تىپلىق يېرىم ھۈجەيرىلىك زەرەتلەش ۋە قويۇپ بېرىش سىنىقى ئېلىپ بېرىلدى. S2 نىڭ خاس سىغىمى ۋە بىرىنچى ئۈنۈمى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 1120.2 mAh/g ۋە 84.8%، S3 نىڭ خاس سىغىمى ۋە بىرىنچى ئۈنۈمى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 882.5 mAh/g ۋە 82.9% بولدى. قاتتىق باسقۇچلۇق قاپلانغان S3 ئەۋرىشكىسىنىڭ خاس سىغىمى ۋە بىرىنچى ئۈنۈمى ئەڭ تۆۋەن بولۇپ، پەقەت تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ كاربون قاپلىنىشى ئىشلىتىلگەنلىكىنى، ئىچكى كرېمنىي نانو قەغەزلىرىنىڭ كاربون قاپلىنىشى قىلىنمىغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، بۇ كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىيالنىڭ خاس سىغىمىنى تولۇق جارى قىلدۇرالمايدۇ ۋە كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىيالنىڭ يۈزىنى قوغدىيالمايدۇ. CNT بولمىغان S2 ئەۋرىشكىسىنىڭ بىرىنچى ئۈنۈمى CNT تەركىبىدىكى كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالنىڭكىدىن تۆۋەن بولۇپ، ياخشى قاپلاش قەۋىتى ئاساسىدا، ئۆتكۈزگۈچ تور ۋە يۇقىرى دەرىجىدىكى تۆشۈكلۈك قۇرۇلما كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالىنىڭ زەرەتلەش ۋە قويۇپ بېرىش ئۈنۈمىنى ياخشىلاشقا پايدىلىق ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.

S1 كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالى كىچىك يۇمشاق باتارېيە ياساشقا ئىشلىتىلىپ، سۈرئەت ئىقتىدارى ۋە ئايلىنىش ئىقتىدارىنى تەكشۈرۈلدى. توك چىقىرىش سۈرئىتى ئەگرى سىزىقى 8(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۋە 3C نىڭ توك چىقىرىش سىغىمى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 2.970، 2.999، 2.920، 2.176 ۋە 1.021 Ah. 1C نىڭ توك چىقىرىش سۈرئىتى %98.3 كە يېتىدۇ، ئەمما 2C نىڭ توك چىقىرىش سۈرئىتى %73.3 كە، 3C نىڭ توك چىقىرىش سۈرئىتى تېخىمۇ تۆۋەنلەپ %34.4 كە چۈشىدۇ. كرېمنىي مەنپىي ئېلېكترود ئالماشتۇرۇش گۇرۇپپىسىغا قوشۇلۇش ئۈچۈن، WeChat: shimobang نى قوشۇڭ. توك قاچىلاش سۈرئىتى جەھەتتە، 0.2C، 0.5C، 1C، 2C ۋە 3C نىڭ توك قاچىلاش سىغىمى ئايرىم-ئايرىم ھالدا 3.186، 3.182، 3.081، 2.686 ۋە 2.289 Ah. 1C نىڭ توك قاچىلاش سۈرئىتى %96.7، 2C نىڭ توك قاچىلاش سۈرئىتى يەنىلا %84.3 كە يېتىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، 8(b)-رەسىمدىكى توك قاچىلاش ئەگرى سىزىقىنى كۆزەتكەندە، 2C توك قاچىلاش سۇپىسى 1C توك قاچىلاش سۇپىسىدىن كۆرۈنەرلىك چوڭ، ئۇنىڭ تۇراقلىق توك بېسىمى توك قاچىلاش سىغىمى كۆپ قىسمىنى (%55) ئىگىلەيدۇ، بۇ 2C توك قاچىلاش باتارېيەسىنىڭ قۇتۇپلىشىشىنىڭ ئاللىقاچان ناھايىتى چوڭ ئىكەنلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالى 1C دا توك قاچىلاش ۋە توك قاچىلاش ئىقتىدارىغا ئىگە، ئەمما يۇقىرى سۈرئەت ئىقتىدارىغا ئېرىشىش ئۈچۈن ماتېرىيالنىڭ قۇرۇلما خاراكتېرىنى تېخىمۇ ياخشىلاش كېرەك. 9-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، 450 قېتىملىق توك قاچىلاشتىن كېيىن، سىغىمىنى ساقلاش نىسبىتى %78 بولۇپ، ياخشى ئايلانما ئىقتىدارنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ.

ئېلېكترودنىڭ دەۋرىيلىكتىن بۇرۇنقى ۋە كېيىنكى يۈزەكى ھالىتى SEM ئارقىلىق تەكشۈرۈلدى، نەتىجىلىرى 10-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. دەۋرىيلىكتىن بۇرۇن، گرافىت ۋە كرېمنىي-كاربون ماتېرىياللىرىنىڭ يۈزى سۈزۈك بولىدۇ [10(a)-رەسىم]؛ دەۋرىيلىكتىن كېيىن، يۈزىدە روشەن بىر قەۋەت قەۋىتى ھاسىل بولىدۇ [10(b)-رەسىم]، بۇ قېلىن SEI پەردىسى. SEI پەردىسىنىڭ قوپاللىقى ئاكتىپ لىتىي سەرپىياتى يۇقىرى بولۇپ، دەۋرىيلىك ئىقتىدارىغا پايدىسىز. شۇڭا، سىلىق SEI پەردىسىنىڭ شەكىللىنىشىنى ئىلگىرى سۈرۈش (مەسىلەن، سۈنئىي SEI پەردە ياساش، ماس كېلىدىغان ئېلېكترولىت قوشۇمچە ماددىلارنى قوشۇش قاتارلىقلار) دەۋرىيلىك ئىقتىدارىغا پايدىلىق بولالايدۇ. دەۋرىيلىكتىن كېيىن كرېمنىي-كاربون زەررىچىلىرىنىڭ كېسىشمە SEM كۆزىتىشى [10(c)-رەسىم] ئەسلىدىكى لېنتا شەكىللىك كرېمنىي نانو زەررىچىلىرىنىڭ تېخىمۇ قېلىنلىشىپ كەتكەنلىكىنى ۋە تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ ئاساسەن يوقىتىلغانلىقىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. بۇ ئاساسلىقى دەۋرىيلىك جەريانىدا كرېمنىي-كاربون ماتېرىيالىنىڭ ئۈزلۈكسىز ھەجىم كېڭىيىشى ۋە قىسقىرىشىدىن كېلىپ چىققان. شۇڭا، كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىيالنىڭ ھەجىم كېڭىيىشى ئۈچۈن يېتەرلىك بۇفېر بوشلۇقى بىلەن تەمىنلەش ئۈچۈن تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنى تېخىمۇ ياخشىلاش كېرەك.

3 خۇلاسە

بۇ ماقالە كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنىڭ ھەجىم كېڭىيىشى، ناچار ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە ناچار يۈزلىنىش مۇقىملىقىغا ئاساسەن، كرېمنىي نانو قەغەزلىرىنىڭ مورفولوگىيە شەكىللىنىشى، تۆشۈكلۈك قۇرۇلما قۇرۇلۇشى، ئۆتكۈزگۈچ تور قۇرۇلۇشى ۋە پۈتۈن ئىككىنچى دەرىجىلىك زەررىچىلەرنىڭ تولۇق كاربون قاپلىنىشى قاتارلىق نىشانلىق ياخشىلاشلارنى ئېلىپ بېرىپ، كرېمنىي ئاساسلىق مەنپىي ئېلېكترود ماتېرىياللىرىنىڭ پۈتۈن مۇقىملىقىنى ياخشىلايدۇ. كرېمنىي نانو قەغەزلىرىنىڭ توپلىنىشى تۆشۈكلۈك قۇرۇلما ھاسىل قىلالايدۇ. CNT نىڭ كىرگۈزۈلۈشى تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ شەكىللىنىشىنى تېخىمۇ ئىلگىرى سۈرىدۇ. سۇيۇق باسقۇچلۇق قاپلاش ئارقىلىق تەييارلانغان كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالى قاتتىق باسقۇچلۇق قاپلاش ئارقىلىق تەييارلانغانغا قارىغاندا قوش كاربون قاپلاش ئۈنۈمىگە ئىگە بولۇپ، يۇقىرى سېلىشتۇرما سىغىمى ۋە بىرىنچى ئۈنۈملۈكلۈكنى نامايان قىلىدۇ. بۇنىڭدىن باشقا، CNT نى ئۆز ئىچىگە ئالغان كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالىنىڭ بىرىنچى ئۈنۈملۈكلۈكى CNTسىزگە قارىغاندا يۇقىرى، بۇ ئاساسلىقى تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىنىڭ كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ ھەجىم كېڭىيىشىنى يېنىكلىتىش ئىقتىدارىنىڭ يۇقىرى بولۇشىدىن كېلىپ چىقىدۇ. CNT نىڭ كىرگۈزۈلۈشى ئۈچ ئۆلچەملىك ئۆتكۈزگۈچ تور قۇرۇپ، كرېمنىي ئاساسلىق ماتېرىياللارنىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ياخشىلايدۇ ۋە 1C تېمپېراتۇرىدا ياخشى سۈرئەت ئىقتىدارىنى كۆرسىتىدۇ؛ ھەمدە ماتېرىيال ياخشى دەۋرىيلىك ئىقتىدارىنى كۆرسىتىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، كرېمنىينىڭ ھەجىم كېڭىيىشى ئۈچۈن يېتەرلىك بوشلۇق بىلەن تەمىنلەش ۋە سىلىق شەكىللىنىشنى ئىلگىرى سۈرۈش ئۈچۈن، ماتېرىيالنىڭ تۆشۈكلۈك قۇرۇلمىسىنى تېخىمۇ كۈچەيتىش كېرەك.ۋە كرېمنىي-كاربون بىرىكمە ماتېرىيالىنىڭ دەۋرىيلىك ئىقتىدارىنى تېخىمۇ ياخشىلاش ئۈچۈن زىچ SEI پەردىسى.

بىز يەنە يۇقىرى ساپلىقتىكى گرافىت ۋە كرېمنىي كاربىد مەھسۇلاتلىرى بىلەن تەمىنلەيمىز، بۇلار ئوكسىدلىنىش، دىففۇزىيە ۋە قىزىتىش قاتارلىق ۋافلا پىششىقلاپ ئىشلەشتە كەڭ قوللىنىلىدۇ.

دۇنيانىڭ ھەرقايسى جايلىرىدىكى خېرىدارلارنىڭ تېخىمۇ كۆپ مۇزاكىرە قىلىش ئۈچۈن بىزگە كېلىشىنى قارشى ئالىمىز!

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