Si / گرافت بىرىكمە ئانود ماتېرىيالىنىڭ تەييارلاش ئۇسۇلى

2025-03-26

ئىككىنچى لىتھىئوم ئىون باكۇرى ئېنېرگىيە ساقلاش ۋە ئۆزگەرتىش قورالىدۇر، چۈنكى ئۇ يۇقىرى ئېچىق چۈشەنچە نۇقتا، يۇقىرى ئېنېرگىيە تىتەرەڭ، ئۇزۇن چاشقۇلققا، ھەرقانچە چاشقۇلققا، شۇڭا تۆۋەن ئۆزىدىن بىر مېنەت قىلىش ئامىللىرىغا بويىچە پىچەتلىنىدۇ. نۆۋەتتە، لىتھىئوم ئىون باكۇرلىرى كۆرۈرلىم چاتوفلاش ئورۇنلىرىدا، ئېلېكترونلۇق قۇرۇلمىلار، ئېلېكترونلۇق ئېغىر ۋە قازا قۇرۇلمىلاردا، ھەمدە ئېنېرگىيە ساقلاش سىستېمىلىرىدا كەم تەسىرگە توغرا كىلىشتتۇر. زىغما ئومۇمىي مۇلازىمەتتىن پەقەت لىتھىئوم ئىون باكۇر سىستېمىسىدا ئالماشتۇرۇش ۋە قۇۋۋەت بۆلۈشچىلىك ماتىرىياللىرى قوشۇمچە نازارەت قىلىشنىڭ قاتنشىسا بۈگۈنكى پەن-تېخنىكا نازارتىغا قولاي بولىدۇ.

ئەمدى، لىتىيئن يونېتى بويىچە نۇرغۇن ئانودا ۋە انودا ماتېرىياللىرى بىلەن مۇناسىۋەتلىك ئېلېكتولىتلار تەرەققىي قىلدۇرۇلۇپ، قوللىنىلىدىغان بولدى. سودا باتارېيىلىرىدا كەڭ قوللىنىلماقتا بولغان كاتودا ماتېرىيالى گرافىت بولۇپ، بۇ ماسو فازا كارگىن مىكروسفېرلىرى (MCMB)، ياسالمىش گرافىت ۋە تەبىئىي گرافىتنى ئۆز ئىچىگە ئالماقتا. گرافىتتىن ياسالغان لىتىيئن يونېت باتارېيىلىرى ئويناپ قېلىشقا پاتقۇل ئېلېكترونلۇق مەھسۇلاتلاردا ئىشلىتىلىدۇ. ئۆزگەرتىلگەن گرافىت كۈچ باتارېيىلىرى ۋە ئېنېرگە ساقلاش باتارېيىلىرىدا قوللىنىلغان. رىقابەتلىك گرافىت مەھسۇلاتلىرىنىڭ بازاردا سەپ بەرگەن سۈزۈش قۇۋۋىتى 360mA•H•g−1 نىڭ نازارىي قىممىتىگە يەككە يېتىشۋاتىدۇ ۋە سۇيۇق قۇرۇلۇشتا ئالاھىدە بىلەنتوردا چوڭ ئىقتىدارغا ئىگە، بۇ تىنچلاشتۇرۇش نۇقتىسىنىڭ يەنە ئىلگىرىلشى قىيىن. سىمۇلاسىيە نەتىجىلىرى كاتودا ماتېرىيالىنىڭ سۈزۈش قۇۋۋىتىنى 1200mA•h•g−1 غىچە ئاشۇرۇشنىڭ باتارېيىنىڭ ئېنېرگە سېرىقتىلىشنى یۇقىرى سەۋىيەدە ياخشىلاشتا بۈيۈك تۆھپىچە بەرگىنىنى ئېيىتتى.

ھازىر ، Si / گرافت بىرىكمىسىنىڭ تەييارلىنىشىدىكى ئاساسلىق مەسىلە قانداق قىلىپ نانو سى ۋە گرافتنىڭ بىردەك ۋە مۇقىم بىرىكمىسىگە كاپالەتلىك قىلىش ، شۇنداق بولغاندا بىرىكمىلەر يۇقىرى سىغىمچانلىقى ۋە دەۋرىيلىك مۇقىملىقىنى نەزەرگە ئالالايدۇ. ئومۇمەن قىلىپ ئېيتقاندا ، نانو سى ۋە گرافت بىلەن Si / گرافت بىرىكمىسىنى خام ئەشيا قىلىپ تەييارلاش ھەر خىل تېخنىكىلىق ۋاسىتىلەر بىلەن بىرلەشتۈرۈلۈشى كېرەك. بۇ ماقالىدە بىز پەقەت Si ۋە گرافت بىرىكمىسىنىڭ بىر باسقۇچلۇق تېخنىكىسىنى ئىشلىتىپ تۈرگە ئايرىدۇق ، ئاساسلىقى قاتتىق فازا ئارىلاشتۇرۇش ئۇسۇلى ، سۇيۇقلۇق فازا جەريانى ۋە ھور چۆكۈش جەريانىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ.

بىر، قىزىق بۆلەك ئارىلاش ئۇسۇلى

ئۈچ يىل بويىدا ، تەتقىقاتچىلار ئاساسلىقى سىم/گرافىت پۈتۈنلىكلەرنى ئاددىي مىكانىكىلىق ئارىلاش ئارقىلىق تەييارلىدى، يانى قىزىق بۆلەك ئارىلاش ئۇسۇلى. قىزىق بۆلەك قايتا بىرىكتۈرۈش ئۇسۇلى ئاددىي بولسىمۇ، سىم ۋە گرافىتنىڭ بىرىكىشى يېقىن ئەمەس، ۋە زەكىرەتتە چوڭ مىقداردا سىم ئېچىشقا چىقىدۇ، بۇ تېخىمۇ ئېلېكتروخېمىيىلىك خاسىيەتلەرگە ئاساسەن ئەسىر كۆرسىتىدۇ.

مىسال ئۈچۈن، چەنج ۋە بەك ئە. باشقا پىزا سىم قوناقلىرىغا ياساش ئۈچۈن يۇقىرى ئېнерگىيە قوشما گۈليەت سۈرۈشتۈرۈش قورالىدىن پايدىلىنىپ، مىكرو سىم پۈتۈنلىكنى، گرافىت پۈتۈنلىكنى ۋە كۆپئەۋز گرافىت نانو لەۋھە ئىچىدە سۈرۈشتۈرۈش قوراللىرىدا ئۇچۇرۇپ، نانو-سىم/گرافىت/كۆپئەۋز گرافىت نانو لەۋھە تەركىبىنى ئېلىپ چۇقىرىشقا ئاددىي سىم ئۈنۈمى 33wt% دوقلا. ئېلېكترخېمىيىلىك سىنىقلار 35mA•g−1 جىرىمال وقۇتىدا بىرىنچى كىرگۈزۈلگەن خاسىيەت 2000mA•h•g−1 غا بەش بېلەكچەتكىچە، ۋە 20 دائىرىدىن كىيىن بىرىككەن خاسىيەت 584mA•h•g−1 داق بىلىنىدۇ.

شۇمۇس ۋە باشقا تەتقىقاتچىلار، جىگراگراف ياردىمىدا 100nm غا قارسۇ تامانارچە سىم نانوزويو كەندەك تەييارلاشقا، ئاندىن بويامىدىكى 15wt% سىم نانوزويو بىلەن مىكرو گرافىت پۈتۈنلىكنى بىۋاسىتە توپقا قوشۇپ سىم نانوزويو/گرافىت انود ماتېرىيالنى تەييارلىدى. بىرىنچى كولومب ئانەناغى 74% بولدى ۋە بىرىككەن خاسىيەت 15 دائىرىدىن كىيىن 514mA•h•g−1 غا بىلىنىدۇ. يىن سىم/مانا/گرافىت مىكرو قېتىق پۈتۈنلىكلەرنى مىكرو قېتىق سىم پۈتۈنلىكنى، مانا پۈتۈنلىكنى ۋە گرافىتنى مىكانىكىلىق توپقا قوشۇپ قۇرغاندىن كىيىن ھاسىل قىلىشقا ئۇچۇرۇدۇ، شۇنداق قالدى سىم ميقدارى 20wt% داق. بىرىنچى كولومب ئانەناغى 70% بولىدۇ، ۋە بىرىككەن خاسىيەت 20 دائىرىدىن كىيىن 463mA•h•g−1 غا بىلىنىدۇ، ۋاقىت جىغقا تابقان 0.15mA•cm−2.

ۇيتتېنگام ۋە باشقا تەتقىقاتچىلار سىم پۈتۈنلىكى، ئەلپۇس پۈتۈنلىكنى ۋە گرافىت پۈتۈنلىكنى مىكانىكىلىق توپقا قوشۇپ سىم-ئال ئىشى - گرافىت پۈتۈنلىكنى ئېلىپ چىقتى، سىم مىقدارى 7.9% بولدى. 0.5mA•cm−2 جىغقا بىرىنچى قايتا بىرىكتۈرۈش خاسىيىتى 800mA•h•g−1 غا بولىدى، ۋە كولومب ئانەناغى 80% غا تىكلىنمەيدۇ. 10 دائىرىدىن كىيىن بىرىككەن خاسىيەت شۇنداق 700mA•h•g−1 غا بىلىنىدۇ.

كيم ۋە باشقا تەتقىقاتچılar نانو سىم پۈتۈنلەكنى مىكرو سىم پۈتۈنلىكنى توپلاپ پىششىقلاپ، كېيىن ئۇنى پىچ ۋە گرافىت شەكىللىرى بىلەن ئۆمۈتكە ياساشقا شورалады. مىكانىكىلىق گرانۇلايېتسىيە ۋە يۇقىرى تاماملىقى پىششىقلاشتۇرۇلغاندىن كىيىن، نانو-سىم/بىزلىك كاربون/گرافىت كېرخىم پۈتۈنلىكى قېتىپ ۋە سىم مىقدارى 20% غا بىلىنىدۇ. مەھسۇلاتنىڭ قۇرۇلمىسى 2-رەسمدا كۆرسىتىلگەن. ئېلېكترخېمىيىلىك سىنىقلار جىرىمال وقۇتى 140mA•g−1 داق بىرىنچى بىرىككەن خاسىيەت 560mA•h•g−1 غا بولىدۇ، بىرىنچى كولومب ئانەناغى 86% غا، 30 دائىرىدىن كىيىن بىرىككەن خاسىيەت 80% داق ساپ قالىدۇ. ئۈچۈنچى فازا M (M = مەتال، گرافېن ياكى بىزلىك كاربون) نى قوشۇش سىم ۋە گرافىت ئارىسىدىكى يېقىن بىرىكمىنى كۈچەيتىشنى تاقتىي جىغقا تاماملايتىپ، بۇ ماتېرىيالنىڭ ئېلېكتر يۇمىشلىقلىقىنى ئارتۇرۇشقا گەشپ قۇلۇپلاشقا پەيدا قىلىدۇ، بۇ سىم/grafit پۈتۈنلىكلەرنى تەييارلاش ئۈچۈن يېڭى لايىھە پىلانى بىلەن تەمىنلەيدۇ.

ئىككى، سۇ سۆڭەك ئاداقلۇق ئۇسۇلى

سۇ سۆڭەك پۈتۈنلۈكمىز قانداق قېلىمىز فانتازىيەىدە چىقماقچىلىق ۋە ئازىسىنى نىمقىل چاپقاندار سىياھ، بەس ئەمەلى گرافىت ۋە سىم پۈتۈنلۈك ئارىسىدىكى بىرىكمىنى بەك چۇشتۇرماق ఉత్తۇرمىق مەشغۇلات.

Guo ۋە باشقىلار نانو-Si، ليمون كەسىش ئېسىلغاز ۋە چۈشەڭنى ئېتىمغا تامامەن تارقاتتى. قۇرغاقلىقتىن كىيىن، 500℃دە قىزىتىش توغرىسىدا نانو-Si/سىغباتسىز كاربان/چۈشەڭنى قوزغاتتى، بۇ يەردە سىغباتسىز كاربان نانو-Si نى چۈشەڭنىڭ سىرتىغا تىغماقچە قىلدى، ۋە Si نىڭ ماسسا بۆلىكى تەخمىنەن 7.2% بولدى. ئېلېكترولىڭ پىچاق سىناqlار نى بەلگىلىدى 0.1A•g−1 قۇۋۋىتىدە، بىرىنچى كۇلومب نى يەتمەكچىلىك 80% غا تەڭدۇر، قايتۇرما خاص سىغىش 476mA•h•g−1سا، ۋە خاص سىغىش 100 بەلگىلەشتىن كىيىن 86% دا قالدى.

Cao ۋە باشقىلار سودا نانو-Si پودرا ۋە چۈشەڭنى قېتىش ماتېرىياللىرىنى ئىشلىتىپ، مېخانىك توپ تاشلاش، پارچىلاپ قۇرغاقلاشتا سىستېما ۋە يۇقىرى تۇماننى قوزغىتىش ئارقىلىق نانو-Si/سىغباتسىز كاربان/چۈشەڭنى ئۇچۇر ئورگىنىشقا پايدىلىنىپ، Si مەزمۇنى تەخمىنەن 10% بولدۇ. رەسىم 3 دۇنيا تۈزۈش جەريانىنىڭ كۆرۈنۈشىدۇر. ئاخىرىدىكى نۇمۇرلاردىن قېلىن سىيچان، نانو-Si ئۆلچەملىك پارتاچىلاردىن ۋە سىغباتسىز كارباندىن شەكىل كۈچ كۇچكەن رەسىمنى كۆرسىتىدۇ کہ رەسىم 4تە كۆرۈنگەن. قۇۋۋەتنىڭ 0.2A•g−1 دا، بىرىنچى يېڭىلانىش كۇلۇمب سىغىش تىزىملىشى 74%، قايتۇرما خاص سىغىش 587mA•h•g−1. قايتۇرما خاص سىغىش 0.5A•g−1 داغۇق سۇ ئاجىرىشندا 300 بەلگىلەشتىن 420mA•h•g−1 داغۇق سۇ ئاجىرىش دەلالىلىق سۇستۇر.

Su، مېخانىك توپ ئۈچۈن زەرداب سىلىق تېزلىپ، نانو-Si پودرا قانداقلىق كىيىش بىلىملىرىدا (100 nm) نانو Si پودرا تېيلىپ قويۇلرى، سۇدا، نانو Si، گلوكوزا، ۋە گرافىي تۈگىتىلگەن كاربان نانو توپلار يامىلىپ، قۇرغاقلاشتان كىيىن رەھبەرلىك ئۇرغاقچىلارغا ئايلانماقتا، 900 ℃ قىزىتىش پروسىسدا نېرىمان غازىدا Si/سىغباتسىز كاربان/چۈشەڭنى ماددىسىغا قېلىنäppchen سوزۇلدى، Si مەزمۇنى 5w t% بولىدۇ. قەدەر زىياد оттурىمىك شەكىللەرگە دەپ قريبا، رەسىم 5تە كۆرۈنگەن. ئېلېكترولىڭ ئۆلچەشلىرى 500 ۋە 1000mA•g−1دا قايتۇرما خاص سىغىش 435 ۋە 380mA•h•g−1 بولىدۇ. 50mA•g−1 دا 100 بەلگىلەشتن كىيىن، قايتۇرما خاص سىغىش 483mA•h•g−1، بىرىنچى كۇلومب سىغىش پەقەت 51% بولغان، نانو ئۆلچەملىك پارچىلارنىڭ چوڭ خاص سۈرتكە ئىگە بولغاندىلكىن، قارارلاشتۇرۇلغان SEI پەيني ئېچىلدى.

Kim et al. ئالدى بىلەن تېتراخايدروفۇراندىكى كۆمۈر يولىنى ئېرىتىپ ، ئاندىن نانو-سى تالقىنى ۋە گرافت مىكرو فوسفېر قوشتى. ئۇلترا ئاۋاز دولقۇنى تارقاقلاشقاندىن كېيىن ، تېتراخايدروفۇران پارغا ئايلىنىپ ، ئالدى ئارىلاشما ماددىغا ئېرىشىدۇ ، بۇنىڭدا خام ماتېرىيال قوشۇش ئارقىلىق سىنىڭ گرافت نىسبىتىنى كونترول قىلغىلى بولىدۇ. ئار ئاتموسفېراسىدا 1000 at لىك ھېسابلانغاندىن كېيىن ، FIG دا كۆرسىتىلگەندەك ، ئاسفالت پىرولىزدىن «تاياق» سى نانو بۆلەكلىرىدىن ھاسىل بولغان ئامورفوس كاربون گرافت مىكرو فوسفېر يۈزىگە يېقىنلىشىدۇ. 6.

قۇۋۋەت پتوجى 0.15A•g−1 دا، بىرىنچى قايتۇرما خاص سىغىش ۋە بىرىنچى كۇلومب سىغىش سىغىش ھاجېمى 15% غا ماسنۇڭ سىغىش 712mA•h•g−1 ۋە 85% بولىدۇ. 100 بەلگىلەشتە قايتۇرما خاص سىغىش 80% دۇق سىگىسلىقتا قالىدۇ. Si مەزمۇنى ئاشسا، قوشۇمچە خاص سىغىش يېڭىلىق تارقىتىدۇ، ئەمما جەلپ قىلغىلى بولمايدۇ، بەك چاتماق گۇرۇپشىغى ساقلايدۇ، يۇمشاق كىللەۋاتماقەك تېتىرلىكتە.

ئۈچىن، كيمىيەۋى بويالما پوزۇشى

كىمىيىلىك بۈلۈم سىياسىنى نىسبىتىدۇ. Si گاز قاپلىنىش تەدبىرى ئارقىلىق، سيلاننىڭ يۇقىرى تېمپېراتۇرىدا پىرىنچ بولغاندىن كېيىن گرافىت يۈزىگە قوشۇلىدۇ. بۈلۈم قاپلىنىشىنىڭ ئەڭ چوڭ ئارتۇقچىلىقى، Si نانو پارتىكلارنىڭ گرافىت يۈزىدە بىرىكمە ئورۇنلاشىرىشىدۇر. هولتسافېل ۋە باشقىلار گېمىيىلىك بۈلۈم سىياسى ئارقىلىق گرافىت قەغەزى يۈزىدە Si نانو پارتىكلارنىڭ بىر قەۋىتىنى توغرىدىن توغرا ئۆسلەشتۈرگەن (Si پارتىك چوڭلۇقى 10-20 نانومېتىر، ماسسا نىسبىتى 7.1%). ئەلېكترخوپ سىنىقىلار، بىرىنچى ئەسكىرلىك مۇناسىۋەتلىك قۇۋۋىتى 520mA•س•گ−1، كولومب ئېپىسئېنخىسى 75% ۋە قايتىلغاندىكى مۇناسىۋەتلىك قۇۋۋىتى 470mA•س•گ−1 بولغاندا، قۇرۇش توك نىسىبىتى 10mA•گ−1دۇر.

Cho ۋە دېڭىز يېزا يەتمەك كۈچكە چۈشتە، نىكەل تاماملىك ۋە پورتلىق گرافيت بۇلۇڭغا تېخىمۇ ممتاز نىسىبەت ۋە شىيالىق ئارا جىددىي سىغدۇرما چاقماق ئارقىلىق، سى نانوتىشلەر بۇلۇڭغا گرافيت كىرىڭلىتىش لاگىرىتىشتەر يولغا قۇيۇپ مەركەزلەتكەن تەرەققىياتقا يول قويماق، سى نانوتىشلەر گرافيت كومپوزىتلىغا تەسىر بار قارماق 20% نى تەشكىل قىلدى. شەكىل 7 تۈزىلىش جەريانىنىڭ سىملىكىنى كۆرسىتسە، جارىق زەھەر 0.05c بولغاندا، بۇ بولغاقنىڭ رويىغا سۈنۈشتۇرمىلىق قىممەت 1230mA•h•cm−2 ۋە كولومب نىسبىتى 91% بولدى. رويىغا سۈنۈشتۇرمىلىق قىممەت 100 دەرىجى سايىسى 0.2c بولغاندا 1014mA•h•cm−2 بولدى ۋە يەنە يېقىنلاشتا ئوتتۇرا سەۋيىقى مسبەت تاقىسى بار.

خۇلاسىلاندۇرۇلغان ۋە كەلسەلىق

خۇلاسىسى، Si نانوقرىستالىن گرافىتنىڭ قوشۇمچە جەريانى ئاساسەن تويۇق فازا ئۇسۇلى، سۇ فازا ئۇسۇلى ۋە گاز فازا بىزيوتۇش ئۇسۇلىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ، بۇرۇن ئېرىتىش، مېخانىك گرانوللاشتۇرۇش، يۇقىرى تېمپېراتۇرا قىسىش ۋە باشقا تېخنىكىلىق ۋاسىتىلەردىن پايدىلىنىپ. ئومۇمدىلا، ئۈچىنجى فازا ماتېرىيالى (ئامورف كاربون، گرافين، مائەت، مائەت سىلىسيدى) نى كىرگۈزۈش Si ۋە گرافىتنىڭ بىرلىكتىكى قايتا چىقىشنى يەنە تېزلىتىدۇ، شۇڭا ئىككىسى بىرى بىرىگە «باغلىنىپ» قېلىپ، ئۈچ ئۇرۇقلىق يۈرۈشچانلىق تورى قۇرۇپ، نانوقا Si ۋە ئېلېکترولىت ئارىسىدا toغرا ئالاقىنى توسىپ.