ছিদ্রযুক্ত সিলিকন কার্বন কম্পোজিট উপাদানের প্রস্তুতি এবং কর্মক্ষমতা উন্নতি

লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারিগুলি প্রধানত উচ্চ শক্তির ঘনত্বের দিকে বিকাশ করছে। ঘরের তাপমাত্রায়, লিথিয়াম-সমৃদ্ধ পণ্য Li3.75Si ফেজ তৈরি করতে লিথিয়ামের সাথে সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পদার্থের খাদ, যার একটি নির্দিষ্ট ক্ষমতা 3572 mAh/g পর্যন্ত, যা গ্রাফাইট নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড 372 এর তাত্ত্বিক নির্দিষ্ট ক্ষমতার চেয়ে অনেক বেশি। mAh/g যাইহোক, সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড পদার্থের বারবার চার্জিং এবং ডিসচার্জিং প্রক্রিয়া চলাকালীন, Si এবং Li3.75Si-এর ফেজ ট্রান্সফরমেশন বিশাল আয়তনের প্রসারণ (প্রায় 300%) তৈরি করতে পারে, যা ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির কাঠামোগত পাউডারিং এবং ক্রমাগত গঠনের দিকে পরিচালিত করবে। SEI ফিল্ম, এবং অবশেষে ক্ষমতা দ্রুত ড্রপ কারণ. শিল্প প্রধানত ন্যানো-সাইজিং, কার্বন আবরণ, ছিদ্র গঠন এবং অন্যান্য প্রযুক্তির মাধ্যমে সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড সামগ্রীর কর্মক্ষমতা এবং সিলিকন-ভিত্তিক ব্যাটারির স্থায়িত্ব উন্নত করে।

কার্বন পদার্থের ভাল পরিবাহিতা, কম খরচ এবং বিস্তৃত উৎস রয়েছে। তারা সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির পরিবাহিতা এবং পৃষ্ঠের স্থায়িত্ব উন্নত করতে পারে। এগুলি সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডগুলির জন্য কর্মক্ষমতা উন্নতির সংযোজন হিসাবে পছন্দেরভাবে ব্যবহৃত হয়। সিলিকন-কার্বন উপকরণ হল সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোডের মূলধারার বিকাশের দিক। কার্বন আবরণ সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির পৃষ্ঠের স্থায়িত্ব উন্নত করতে পারে, তবে সিলিকন ভলিউম সম্প্রসারণকে বাধা দেওয়ার ক্ষমতা সাধারণ এবং সিলিকন ভলিউম সম্প্রসারণের সমস্যা সমাধান করতে পারে না। অতএব, সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির স্থায়িত্ব উন্নত করার জন্য, ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করা দরকার। বল মিলিং ন্যানোম্যাটেরিয়াল প্রস্তুত করার জন্য একটি শিল্পায়িত পদ্ধতি। যৌগিক উপাদানের ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে বল মিলিং দ্বারা প্রাপ্ত স্লারিতে বিভিন্ন সংযোজন বা উপাদান উপাদান যোগ করা যেতে পারে। স্লারি বিভিন্ন স্লারি এবং স্প্রে-শুকনো মাধ্যমে সমানভাবে বিচ্ছুরিত হয়। তাত্ক্ষণিক শুকানোর প্রক্রিয়া চলাকালীন, স্লারিতে থাকা ন্যানো পার্টিকেল এবং অন্যান্য উপাদানগুলি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ছিদ্রযুক্ত কাঠামোগত বৈশিষ্ট্য তৈরি করবে। এই কাগজটি ছিদ্রযুক্ত সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ প্রস্তুত করতে শিল্পায়িত এবং পরিবেশ বান্ধব বল মিলিং এবং স্প্রে শুকানোর প্রযুক্তি ব্যবহার করে।

সিলিকন ন্যানোম্যাটেরিয়ালের অঙ্গসংস্থান এবং বন্টন বৈশিষ্ট্য নিয়ন্ত্রণ করে সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির কর্মক্ষমতাও উন্নত করা যেতে পারে। বর্তমানে, সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণ প্রস্তুত করা হয়েছে বিভিন্ন রূপ এবং বন্টন বৈশিষ্ট্য সহ, যেমন সিলিকন ন্যানোরোডস, ছিদ্রযুক্ত গ্রাফাইট এমবেডেড ন্যানোসিলিকন, কার্বন গোলকগুলিতে বিতরণ করা ন্যানোসিলিকন, সিলিকন/গ্রাফিন অ্যারে ছিদ্রযুক্ত কাঠামো ইত্যাদি। একই স্কেলে, ন্যানো পার্টিকেলের তুলনায় , ন্যানোশিটগুলি ভলিউম সম্প্রসারণের কারণে সৃষ্ট নিষ্পেষণ সমস্যাকে আরও ভালভাবে দমন করতে পারে এবং উপাদানটির একটি উচ্চ কম্প্যাকশন ঘনত্ব রয়েছে। ন্যানোশিটের বিশৃঙ্খল স্ট্যাকিংও একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করতে পারে। সিলিকন নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড এক্সচেঞ্জ গ্রুপে যোগ দিতে। সিলিকন পদার্থের আয়তন সম্প্রসারণের জন্য একটি বাফার স্থান প্রদান করুন। কার্বন ন্যানোটিউব (CNTs) এর প্রবর্তন শুধুমাত্র উপাদানের পরিবাহিতাকে উন্নত করতে পারে না, কিন্তু এর এক-মাত্রিক রূপগত বৈশিষ্ট্যের কারণে উপাদানটির ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর গঠনকেও উন্নীত করতে পারে। সিলিকন ন্যানোশিট এবং সিএনটি দ্বারা নির্মিত ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর কোনও প্রতিবেদন নেই। এই কাগজটি শিল্পগতভাবে প্রযোজ্য বল মিলিং, গ্রাইন্ডিং এবং বিচ্ছুরণ, স্প্রে শুকানোর, কার্বন প্রাক-আবরণ এবং ক্যালসিনেশন পদ্ধতি গ্রহণ করে এবং সিলিকন ন্যানোশিটগুলির স্ব-সমাবেশ দ্বারা গঠিত ছিদ্রযুক্ত সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদানগুলি প্রস্তুত করার জন্য প্রস্তুতির প্রক্রিয়ায় ছিদ্র প্রবর্তকগুলিকে প্রবর্তন করে। সিএনটি প্রস্তুতির প্রক্রিয়াটি সহজ, পরিবেশ বান্ধব এবং কোন বর্জ্য তরল বা বর্জ্য অবশিষ্টাংশ তৈরি হয় না। সিলিকন-ভিত্তিক পদার্থের কার্বন আবরণের বিষয়ে অনেক সাহিত্য প্রতিবেদন রয়েছে, তবে আবরণের প্রভাবের বিষয়ে কিছু গভীর আলোচনা রয়েছে। এই কাগজ দুটি কার্বন আবরণ পদ্ধতি, তরল ফেজ আবরণ এবং কঠিন ফেজ আবরণ, আবরণ প্রভাব এবং সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির কার্যকারিতার উপর প্রভাব তদন্ত করতে কার্বন উত্স হিসাবে অ্যাসফল্ট ব্যবহার করে।

1 পরীক্ষা
1.1 উপাদান প্রস্তুতি

ছিদ্রযুক্ত সিলিকন-কার্বন যৌগিক পদার্থের প্রস্তুতিতে প্রধানত পাঁচটি ধাপ রয়েছে: বল মিলিং, গ্রাইন্ডিং এবং ডিসপ্রেশন, স্প্রে শুকানো, কার্বন প্রাক-আবরণ এবং কার্বনাইজেশন। প্রথমে, 500 গ্রাম প্রাথমিক সিলিকন পাউডার (দেশীয়, 99.99% বিশুদ্ধতা) ওজন করুন, 2000 গ্রাম আইসোপ্রোপ্যানল যোগ করুন এবং ন্যানো-স্কেল সিলিকন স্লারি পেতে 24 ঘন্টার জন্য 2000 r/মিনিট গতিতে ভেজা বল মিলিং করুন। প্রাপ্ত সিলিকন স্লারি একটি বিচ্ছুরণ স্থানান্তর ট্যাঙ্কে স্থানান্তরিত হয় এবং সিলিকনের ভর অনুপাত অনুসারে উপকরণগুলি যোগ করা হয়: গ্রাফাইট (সাংহাইতে উত্পাদিত, ব্যাটারি গ্রেড): কার্বন ন্যানোটিউব (তিয়ানজিনে উত্পাদিত, ব্যাটারি গ্রেড): পলিভিনাইল পাইরোলিডোন (উত্পাদিত) তিয়ানজিনে, বিশ্লেষণাত্মক গ্রেড) = 40:60:1.5:2। Isopropanol কঠিন বিষয়বস্তু সামঞ্জস্য করতে ব্যবহৃত হয়, এবং কঠিন বিষয়বস্তু 15% হতে ডিজাইন করা হয়েছে। নাকাল এবং বিচ্ছুরণ 4 ঘন্টা জন্য 3500 r/min একটি বিচ্ছুরণ গতিতে সঞ্চালিত হয়. CNT যোগ না করে স্লারির আরেকটি গ্রুপ তুলনা করা হয়, এবং অন্যান্য উপকরণ একই। প্রাপ্ত বিচ্ছুরিত স্লারিটি তারপর একটি স্প্রে শুকানোর ফিডিং ট্যাঙ্কে স্থানান্তরিত হয়, এবং স্প্রে শুকানো একটি নাইট্রোজেন-সুরক্ষিত বায়ুমণ্ডলে সঞ্চালিত হয়, যেখানে ইনলেট এবং আউটলেটের তাপমাত্রা যথাক্রমে 180 এবং 90 °C হয়। তারপরে দুটি ধরণের কার্বন আবরণ তুলনা করা হয়েছিল, কঠিন ফেজ আবরণ এবং তরল ফেজ আবরণ। সলিড ফেজ আবরণ পদ্ধতি হল: স্প্রে-শুকনো পাউডার 20% অ্যাসফল্ট পাউডারের সাথে মিশ্রিত করা হয় (কোরিয়াতে তৈরি, D50 5 μm), একটি যান্ত্রিক মিক্সারে 10 মিনিটের জন্য মেশানো হয়, এবং মিশ্রণের গতি 2000 r/min হয়। প্রাক-লেপা পাউডার। তরল ফেজ আবরণ পদ্ধতি হল: স্প্রে-শুকনো পাউডার একটি জাইলিন দ্রবণে যোগ করা হয় (তিয়ানজিনে তৈরি, বিশ্লেষণাত্মক গ্রেড) যাতে 20% অ্যাসফাল্ট 55% এর একটি কঠিন উপাদানে পাউডারে দ্রবীভূত হয় এবং ভ্যাকুয়াম সমানভাবে আলোড়িত হয়। একটি ভ্যাকুয়াম ওভেনে 85℃ এ 4 ঘন্টার জন্য বেক করুন, মেশানোর জন্য একটি যান্ত্রিক মিক্সারে রাখুন, মিশ্রণের গতি 2000 r/min, এবং মিশ্রিত করার সময় 10 মিনিট প্রি-কোটেড পাউডার পেতে। অবশেষে, প্রাক-প্রলিপ্ত পাউডারটি 5°C/মিনিট গরম করার হারে নাইট্রোজেন বায়ুমণ্ডলের অধীনে একটি ঘূর্ণমান ভাটিতে ক্যালসাইন করা হয়েছিল। এটি প্রথমে 2 ঘন্টার জন্য 550 ডিগ্রি সেন্টিগ্রেডের একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় রাখা হয়েছিল, তারপর 800 ডিগ্রি সেলসিয়াস পর্যন্ত উত্তপ্ত হতে থাকে এবং 2 ঘন্টার জন্য একটি ধ্রুবক তাপমাত্রায় রাখা হয়, এবং তারপর স্বাভাবিকভাবে 100 ডিগ্রি সেলসিয়াসের নিচে ঠান্ডা হয় এবং একটি সিলিকন-কার্বন পাওয়ার জন্য নিষ্কাশন করা হয়। যৌগিক উপাদান।

1.2 চরিত্রায়ন পদ্ধতি

উপাদানটির কণা আকারের বিতরণ একটি কণা আকার পরীক্ষক ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল (Mastersizer 2000 সংস্করণ, যুক্তরাজ্যে তৈরি)। প্রতিটি ধাপে প্রাপ্ত পাউডারগুলি পাউডারগুলির আকারবিদ্যা এবং আকার পরীক্ষা করার জন্য ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (রেগুলাস 8220, জাপানে তৈরি) স্ক্যান করে পরীক্ষা করা হয়েছিল। উপাদানটির ফেজ গঠন একটি এক্স-রে পাউডার ডিফ্র্যাকশন বিশ্লেষক (D8 ADVANCE, জার্মানিতে তৈরি) ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল এবং একটি শক্তি বর্ণালী বিশ্লেষক ব্যবহার করে উপাদানটির মৌলিক গঠন বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। প্রাপ্ত সিলিকন-কার্বন কম্পোজিট উপাদানটি মডেল CR2032-এর একটি বোতাম অর্ধ-কোষ তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল এবং সিলিকন-কার্বনের ভর অনুপাত: SP: CNT: CMC: SBR ছিল 92:2:2:1.5:2.5। কাউন্টার ইলেক্ট্রোড একটি ধাতব লিথিয়াম শীট, ইলেক্ট্রোলাইট একটি বাণিজ্যিক ইলেক্ট্রোলাইট (মডেল 1901, কোরিয়ায় তৈরি), সেলগার্ড 2320 ডায়াফ্রাম ব্যবহার করা হয়, চার্জ এবং ডিসচার্জ ভোল্টেজের পরিসীমা 0.005-1.5 V, চার্জ এবং স্রাব কারেন্ট 0.1 সে. (1C = 1A), এবং ডিসচার্জ কাট-অফ কারেন্ট হল 0.05 C।

সিলিকন-কার্বন যৌগিক পদার্থের কার্যকারিতা আরও তদন্ত করার জন্য, স্তরিত ছোট নরম-প্যাক ব্যাটারি 408595 তৈরি করা হয়েছিল। ইতিবাচক ইলেক্ট্রোড NCM811 ব্যবহার করে (হুনানে তৈরি, ব্যাটারি গ্রেড), এবং নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড গ্রাফাইট 8% সিলিকন-কার্বন উপাদান দিয়ে ডোপ করা হয়। ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড স্লারি সূত্র হল 96% NCM811, 1.2% পলিভিনিলাইডিন ফ্লোরাইড (PVDF), 2% পরিবাহী এজেন্ট SP, 0.8% CNT, এবং NMP একটি বিচ্ছুরণকারী হিসাবে ব্যবহৃত হয়; নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড স্লারি সূত্র হল 96% যৌগিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপাদান, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, এবং জল একটি বিচ্ছুরণকারী হিসাবে ব্যবহৃত হয়। নাড়াচাড়া, আবরণ, ঘূর্ণায়মান, কাটা, স্তরায়ণ, ট্যাব ঢালাই, প্যাকেজিং, বেকিং, তরল ইনজেকশন, গঠন এবং ক্ষমতা বিভাজনের পরে, 3 Ah রেটযুক্ত 408595 স্তরিত ছোট নরম প্যাক ব্যাটারি প্রস্তুত করা হয়েছিল। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C এবং 3C এর রেট পারফরম্যান্স এবং 0.5C চার্জ এবং 1C স্রাবের চক্র কর্মক্ষমতা পরীক্ষা করা হয়েছিল। চার্জ এবং ডিসচার্জ ভোল্টেজের পরিসীমা ছিল 2.8-4.2 V, ধ্রুবক কারেন্ট এবং ধ্রুবক ভোল্টেজ চার্জিং, এবং কাট-অফ কারেন্ট ছিল 0.5C।

2 ফলাফল এবং আলোচনা
প্রাথমিক সিলিকন পাউডারটি ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি (SEM) স্ক্যান করে পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। সিলিকন পাউডারটি 2μm এর কম কণার আকারের সাথে অনিয়মিতভাবে দানাদার ছিল, যেমন চিত্র 1(a) এ দেখানো হয়েছে। বল মিলিংয়ের পরে, সিলিকন পাউডারের আকার উল্লেখযোগ্যভাবে প্রায় 100 এনএম [চিত্র 1(বি)] এ হ্রাস পেয়েছে। কণার আকার পরীক্ষায় দেখা গেছে যে বল মিলিংয়ের পরে সিলিকন পাউডারের D50 ছিল 110 nm এবং D90 175 nm। বল মিলিংয়ের পরে সিলিকন পাউডারের আকারবিদ্যার একটি যত্নশীল পরীক্ষা একটি ফ্ল্যাকি কাঠামো দেখায় (ফ্ল্যাকি কাঠামোর গঠন পরবর্তীতে ক্রস-বিভাগীয় SEM থেকে আরও যাচাই করা হবে)। অতএব, কণা আকার পরীক্ষা থেকে প্রাপ্ত D90 ডেটা ন্যানোশিটের দৈর্ঘ্যের মাত্রা হওয়া উচিত। SEM ফলাফলের সাথে মিলিত, এটি বিচার করা যেতে পারে যে প্রাপ্ত ন্যানোশিটের আকার কমপক্ষে একটি মাত্রায় চার্জিং এবং ডিসচার্জ করার সময় সিলিকন পাউডারের 150 এনএম বিচ্ছেদের সমালোচনামূলক মানের চেয়ে ছোট। স্ফটিক সিলিকনের স্ফটিক সমতলগুলির বিভিন্ন বিচ্ছেদ শক্তির কারণে ফ্ল্যাকি রূপবিদ্যার গঠন হয়, যার মধ্যে {111} সিলিকনের সমতলে {100} এবং {110} ক্রিস্টাল সমতলগুলির তুলনায় কম বিচ্ছেদ শক্তি রয়েছে৷ অতএব, এই স্ফটিক সমতল বল মিলিং দ্বারা আরো সহজে পাতলা হয়, এবং অবশেষে একটি ফ্ল্যাকি কাঠামো গঠন করে। ফ্ল্যাকি কাঠামোটি আলগা কাঠামো জমা করার জন্য সহায়ক, সিলিকনের আয়তনের প্রসারণের জন্য স্থান সংরক্ষণ করে এবং উপাদানের স্থায়িত্ব উন্নত করে।

ন্যানো-সিলিকন, সিএনটি এবং গ্রাফাইট ধারণকারী স্লারি স্প্রে করা হয়েছিল এবং স্প্রে করার আগে এবং পরে পাউডারটি এসইএম দ্বারা পরীক্ষা করা হয়েছিল। ফলাফল চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। স্প্রে করার আগে যোগ করা গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্স হল একটি সাধারণ ফ্লেক স্ট্রাকচার যার আকার 5 থেকে 20 μm [চিত্র 2(a)]। গ্রাফাইটের কণার আকার বন্টন পরীক্ষা দেখায় যে D50 হল 15μm। স্প্রে করার পরে প্রাপ্ত পাউডারের একটি গোলাকার রূপবিদ্যা আছে [চিত্র 2(b)], এবং এটি দেখা যায় যে স্প্রে করার পরে গ্রাফাইটটি আবরণ স্তর দ্বারা প্রলেপিত হয়। স্প্রে করার পরে পাউডারের D50 হল 26.2 μm। সেকেন্ডারি কণাগুলির রূপগত বৈশিষ্ট্যগুলি SEM দ্বারা পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল, ন্যানোম্যাটেরিয়ালগুলি [চিত্র 2(c)] দ্বারা সঞ্চিত একটি আলগা ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর বৈশিষ্ট্যগুলি দেখায়। ছিদ্রযুক্ত কাঠামো সিলিকন ন্যানোশিট এবং সিএনটি একে অপরের সাথে জড়িত [চিত্র 2(d)] দ্বারা গঠিত, এবং পরীক্ষার নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল (BET) 53.3 m2/g এর মতো বেশি। অতএব, স্প্রে করার পরে, সিলিকন ন্যানোশিট এবং সিএনটি একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করতে স্ব-একত্রিত হয়।

ছিদ্রযুক্ত স্তরটিকে তরল কার্বন আবরণ দিয়ে চিকিত্সা করা হয়েছিল এবং কার্বন আবরণের পূর্বসূরি পিচ এবং কার্বনাইজেশন যুক্ত করার পরে, এসইএম পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। ফলাফলগুলি চিত্র 3-এ দেখানো হয়েছে। কার্বন প্রাক-আবরণ করার পরে, গৌণ কণাগুলির পৃষ্ঠটি মসৃণ হয়ে যায়, একটি সুস্পষ্ট আবরণ স্তর সহ, এবং আবরণ সম্পূর্ণ হয়, যেমন চিত্র 3(a) এবং (b) এ দেখানো হয়েছে। কার্বনাইজেশনের পরে, পৃষ্ঠ আবরণ স্তর একটি ভাল আবরণ অবস্থা বজায় রাখে [চিত্র 3(c)]। উপরন্তু, ক্রস-বিভাগীয় SEM চিত্রটি স্ট্রিপ-আকৃতির ন্যানো পার্টিকেলগুলি দেখায় [চিত্র 3(d)], যা ন্যানোশিটের আকারগত বৈশিষ্ট্যের সাথে মিলে যায়, বল মিলিংয়ের পরে সিলিকন ন্যানোশিটের গঠনকে আরও যাচাই করে। উপরন্তু, চিত্র 3(d) দেখায় যে কিছু ন্যানোশিটের মধ্যে ফিলার রয়েছে। এটি মূলত তরল ফেজ আবরণ পদ্ধতি ব্যবহারের কারণে। অ্যাসফল্ট দ্রবণ উপাদানের মধ্যে প্রবেশ করবে, যাতে অভ্যন্তরীণ সিলিকন ন্যানোশিটগুলির পৃষ্ঠটি একটি কার্বন আবরণ প্রতিরক্ষামূলক স্তর পায়। অতএব, তরল ফেজ আবরণ ব্যবহার করে, সেকেন্ডারি কণা আবরণ প্রভাব পাওয়ার পাশাপাশি, প্রাথমিক কণা আবরণের ডবল কার্বন আবরণ প্রভাবও পাওয়া যেতে পারে। কার্বনাইজড পাউডারটি BET দ্বারা পরীক্ষা করা হয়েছিল, এবং পরীক্ষার ফলাফল ছিল 22.3 m2/g।

কার্বনাইজড পাউডার ক্রস-বিভাগীয় শক্তি স্পেকট্রাম বিশ্লেষণ (EDS) এর শিকার হয়েছিল এবং ফলাফলগুলি চিত্র 4(a) এ দেখানো হয়েছে। মাইক্রন-আকারের কোর হল C উপাদান, গ্রাফাইট ম্যাট্রিক্সের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ, এবং বাইরের আবরণে সিলিকন এবং অক্সিজেন রয়েছে। সিলিকনের গঠন আরও তদন্ত করার জন্য, একটি এক্স-রে ডিফ্র্যাকশন (XRD) পরীক্ষা করা হয়েছিল, এবং ফলাফলগুলি চিত্র 4(b) এ দেখানো হয়েছে। উপাদানটি প্রধানত গ্রাফাইট এবং একক-ক্রিস্টাল সিলিকন দ্বারা গঠিত, কোন সুস্পষ্ট সিলিকন অক্সাইড বৈশিষ্ট্য নেই, যা ইঙ্গিত করে যে শক্তি বর্ণালী পরীক্ষার অক্সিজেন উপাদানটি মূলত সিলিকন পৃষ্ঠের প্রাকৃতিক অক্সিডেশন থেকে আসে। সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদান S1 হিসাবে রেকর্ড করা হয়।

প্রস্তুত সিলিকন-কার্বন উপাদান S1 বোতাম-টাইপ অর্ধ-কোষ উত্পাদন এবং চার্জ-ডিসচার্জ পরীক্ষার অধীন ছিল। প্রথম চার্জ-ডিসচার্জ বক্ররেখা চিত্র 5-এ দেখানো হয়েছে। প্রত্যাবর্তনযোগ্য নির্দিষ্ট ক্ষমতা হল 1000.8 mAh/g, এবং প্রথম চক্রের কার্যকারিতা হল 93.9% পর্যন্ত, যা প্রাক-বিহীন বেশিরভাগ সিলিকন-ভিত্তিক পদার্থের প্রথম কার্যক্ষমতার চেয়ে বেশি। সাহিত্যে লিথিয়েশন রিপোর্ট করা হয়েছে। উচ্চ প্রথম দক্ষতা নির্দেশ করে যে প্রস্তুত সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদানের উচ্চ স্থিতিশীলতা রয়েছে। সিলিকন-কার্বন পদার্থের স্থায়িত্বের উপর ছিদ্রযুক্ত কাঠামো, পরিবাহী নেটওয়ার্ক এবং কার্বন আবরণের প্রভাব যাচাই করার জন্য, CNT যোগ না করে এবং প্রাথমিক কার্বন আবরণ ছাড়াই দুই ধরনের সিলিকন-কার্বন উপাদান প্রস্তুত করা হয়েছিল।

সিএনটি যোগ না করে সিলিকন-কার্বন কম্পোজিট উপাদানের কার্বনাইজড পাউডারের রূপবিদ্যা চিত্র 6-এ দেখানো হয়েছে। তরল পর্যায়ে আবরণ এবং কার্বনাইজেশনের পরে, চিত্র 6(ক) এ গৌণ কণার পৃষ্ঠে একটি আবরণ স্তর স্পষ্টভাবে দেখা যায়। কার্বনাইজড উপাদানের ক্রস-বিভাগীয় SEM চিত্র 6(b) এ দেখানো হয়েছে। সিলিকন ন্যানোশিটের স্ট্যাকিংয়ে ছিদ্রযুক্ত বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং BET পরীক্ষা হল 16.6 m2/g। যাইহোক, CNT এর সাথে তুলনা করলে [চিত্র 3(d) তে দেখানো হয়েছে, এর কার্বনাইজড পাউডারের BET পরীক্ষা হল 22.3 m2/g], অভ্যন্তরীণ ন্যানো-সিলিকন স্ট্যাকিং ঘনত্ব বেশি, ইঙ্গিত করে যে CNT এর সংযোজন প্রচার করতে পারে একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো গঠন। উপরন্তু, উপাদান CNT দ্বারা নির্মিত একটি ত্রিমাত্রিক পরিবাহী নেটওয়ার্ক নেই. সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদান S2 হিসাবে রেকর্ড করা হয়।

সলিড-ফেজ কার্বন আবরণ দ্বারা প্রস্তুত সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদানের রূপগত বৈশিষ্ট্যগুলি চিত্র 7-এ দেখানো হয়েছে। কার্বনাইজেশনের পরে, পৃষ্ঠের উপর একটি সুস্পষ্ট আবরণ স্তর রয়েছে, যেমন চিত্র 7(a) এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 7(b) দেখায় যে ক্রস বিভাগে স্ট্রিপ-আকৃতির ন্যানো পার্টিকেল রয়েছে, যা ন্যানোশিটের আকারগত বৈশিষ্ট্যের সাথে মিলে যায়। ন্যানোশিট জমে একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো গঠন করে। অভ্যন্তরীণ ন্যানোশিটগুলির পৃষ্ঠে কোনও সুস্পষ্ট ফিলার নেই, এটি নির্দেশ করে যে কঠিন-ফেজ কার্বন আবরণ শুধুমাত্র একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর সাথে একটি কার্বন আবরণ স্তর তৈরি করে এবং সিলিকন ন্যানোশিটের জন্য কোনও অভ্যন্তরীণ আবরণ স্তর নেই। এই সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদান S3 হিসাবে রেকর্ড করা হয়.

বোতাম-টাইপ হাফ-সেল চার্জ এবং ডিসচার্জ পরীক্ষা S2 এবং S3 এ পরিচালিত হয়েছিল। S2-এর নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং প্রথম কার্যক্ষমতা ছিল যথাক্রমে 1120.2 mAh/g এবং 84.8%, এবং S3-এর নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং প্রথম কার্যক্ষমতা ছিল যথাক্রমে 882.5 mAh/g এবং 82.9%। সলিড-ফেজ প্রলিপ্ত S3 নমুনার নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং প্রথম কার্যকারিতা ছিল সর্বনিম্ন, যা নির্দেশ করে যে শুধুমাত্র ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর কার্বন আবরণ সঞ্চালিত হয়েছিল, এবং অভ্যন্তরীণ সিলিকন ন্যানোশিটের কার্বন আবরণ সঞ্চালিত হয়নি, যা সম্পূর্ণ খেলা দিতে পারেনি। সিলিকন-ভিত্তিক উপাদানের নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং সিলিকন-ভিত্তিক উপাদানের পৃষ্ঠকে রক্ষা করতে পারেনি। CNT ছাড়া S2 নমুনার প্রথম কার্যকারিতাও CNT ধারণকারী সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদানের তুলনায় কম ছিল, যা ইঙ্গিত করে যে একটি ভাল আবরণ স্তরের ভিত্তিতে পরিবাহী নেটওয়ার্ক এবং উচ্চতর ছিদ্রযুক্ত কাঠামো উন্নতির জন্য সহায়ক। সিলিকন-কার্বন উপাদানের চার্জ এবং স্রাবের দক্ষতা।

S1 সিলিকন-কার্বন উপাদান রেট কর্মক্ষমতা এবং চক্র কর্মক্ষমতা পরীক্ষা করার জন্য একটি ছোট নরম-প্যাক পূর্ণ ব্যাটারি তৈরি করতে ব্যবহৃত হয়েছিল। স্রাব হার বক্ররেখা চিত্র 8(a) এ দেখানো হয়েছে। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C এবং 3C এর নিষ্কাশন ক্ষমতা যথাক্রমে 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 এবং 1.021 আহ। 1C স্রাবের হার 98.3% পর্যন্ত বেশি, কিন্তু 2C স্রাবের হার 73.3% এ নেমে আসে এবং 3C স্রাবের হার আরও কমে 34.4% এ নেমে আসে। সিলিকন নেগেটিভ ইলেক্ট্রোড এক্সচেঞ্জ গ্রুপে যোগ দিতে, অনুগ্রহ করে WeChat যোগ করুন: shimobang। চার্জিং হারের পরিপ্রেক্ষিতে, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C এবং 3C চার্জিং ক্ষমতা যথাক্রমে 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 এবং 2.289 Ah। 1C চার্জিং রেট হল 96.7%, এবং 2C চার্জিং রেট এখনও 84.3% এ পৌঁছেছে৷ যাইহোক, চিত্র 8(b) তে চার্জিং বক্ররেখা পর্যবেক্ষণ করলে, 2C চার্জিং প্ল্যাটফর্মটি 1C চার্জিং প্ল্যাটফর্মের চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বড়, এবং এর ধ্রুবক ভোল্টেজ চার্জিং ক্ষমতা বেশিরভাগ (55%) এর জন্য দায়ী, ইঙ্গিত করে যে 2C রিচার্জেবল ব্যাটারির মেরুকরণ ইতিমধ্যে অনেক বড়। সিলিকন-কার্বন উপাদানটির 1C-এ ভাল চার্জিং এবং ডিসচার্জিং কর্মক্ষমতা রয়েছে, তবে উচ্চ হারের কর্মক্ষমতা অর্জনের জন্য উপাদানটির কাঠামোগত বৈশিষ্ট্যগুলি আরও উন্নত করা দরকার। চিত্র 9 এ দেখানো হয়েছে, 450 চক্রের পরে, ক্ষমতা ধরে রাখার হার 78%, চক্রের ভাল কার্যকারিতা দেখায়।

চক্রের আগে এবং পরে ইলেক্ট্রোডের পৃষ্ঠের অবস্থা SEM দ্বারা তদন্ত করা হয়েছিল, এবং ফলাফলগুলি চিত্র 10 এ দেখানো হয়েছে। চক্রের আগে, গ্রাফাইট এবং সিলিকন-কার্বন পদার্থের পৃষ্ঠ পরিষ্কার [চিত্র 10(a)]; চক্রের পরে, একটি আবরণ স্তর স্পষ্টতই পৃষ্ঠে তৈরি হয় [চিত্র 10(বি)], যা একটি পুরু SEI ফিল্ম। SEI ফিল্ম রুক্ষতা সক্রিয় লিথিয়াম খরচ বেশি, যা চক্রের কর্মক্ষমতার জন্য অনুকূল নয়। অতএব, একটি মসৃণ SEI ফিল্ম গঠনের প্রচার করা (যেমন কৃত্রিম SEI ফিল্ম নির্মাণ, উপযুক্ত ইলেক্ট্রোলাইট সংযোজন যোগ করা ইত্যাদি) চক্রের কর্মক্ষমতা উন্নত করতে পারে। চক্রের পরে সিলিকন-কার্বন কণাগুলির ক্রস-বিভাগীয় SEM পর্যবেক্ষণ [চিত্র 10(c)] দেখায় যে আসল স্ট্রিপ-আকৃতির সিলিকন ন্যানো পার্টিকেলগুলি আরও মোটা হয়ে গেছে এবং ছিদ্রযুক্ত কাঠামোটি মূলত বাদ দেওয়া হয়েছে। এটি মূলত চক্রের সময় সিলিকন-কার্বন উপাদানের ক্রমাগত আয়তনের প্রসারণ এবং সংকোচনের কারণে। অতএব, সিলিকন-ভিত্তিক উপাদানের ভলিউম সম্প্রসারণের জন্য পর্যাপ্ত বাফার স্থান প্রদানের জন্য ছিদ্রযুক্ত কাঠামোটিকে আরও উন্নত করা দরকার।

3 উপসংহার

আয়তনের প্রসারণ, দুর্বল পরিবাহিতা এবং সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির দরিদ্র ইন্টারফেস স্থায়িত্বের উপর ভিত্তি করে, এই কাগজটি লক্ষ্যবস্তু উন্নতি করে, সিলিকন ন্যানোশিটের আকারবিদ্যা, ছিদ্রযুক্ত কাঠামো নির্মাণ, পরিবাহী নেটওয়ার্ক নির্মাণ এবং সম্পূর্ণ মাধ্যমিক কণার সম্পূর্ণ কার্বন আবরণ থেকে। , সামগ্রিকভাবে সিলিকন-ভিত্তিক নেতিবাচক ইলেক্ট্রোড উপকরণগুলির স্থায়িত্ব উন্নত করতে। সিলিকন ন্যানোশিট জমে একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো তৈরি করতে পারে। CNT এর প্রবর্তন একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো গঠনকে আরও উৎসাহিত করবে। তরল ফেজ আবরণ দ্বারা প্রস্তুত সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদান কঠিন ফেজ আবরণ দ্বারা প্রস্তুত একটি দ্বিগুণ কার্বন আবরণ প্রভাব আছে, এবং উচ্চ নির্দিষ্ট ক্ষমতা এবং প্রথম দক্ষতা প্রদর্শন করে. উপরন্তু, CNT ধারণকারী সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদানের প্রথম কার্যকারিতা CNT ব্যতীত তার চেয়ে বেশি, যা প্রধানত সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণগুলির আয়তনের প্রসারণকে উপশম করার জন্য ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর ক্ষমতার উচ্চ ডিগ্রির কারণে। CNT-এর প্রবর্তন একটি ত্রিমাত্রিক পরিবাহী নেটওয়ার্ক তৈরি করবে, সিলিকন-ভিত্তিক উপকরণের পরিবাহিতা উন্নত করবে এবং 1C-তে ভাল হারের কার্যকারিতা দেখাবে; এবং উপাদান ভাল চক্র কর্মক্ষমতা দেখায়. যাইহোক, সিলিকনের ভলিউম সম্প্রসারণের জন্য পর্যাপ্ত বাফার স্পেস সরবরাহ করতে এবং একটি মসৃণ গঠনের প্রচারের জন্য উপাদানটির ছিদ্রযুক্ত কাঠামোকে আরও শক্তিশালী করতে হবে।এবং ঘন SEI ফিল্ম সিলিকন-কার্বন যৌগিক উপাদানের চক্র কর্মক্ষমতা আরও উন্নত করতে।

আমরা উচ্চ-বিশুদ্ধ গ্রাফাইট এবং সিলিকন কার্বাইড পণ্যও সরবরাহ করি, যা অক্সিডেশন, ডিফিউশন এবং অ্যানিলিংয়ের মতো ওয়েফার প্রক্রিয়াকরণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।

আরও আলোচনার জন্য আমাদের দেখার জন্য সারা বিশ্ব থেকে যেকোনো গ্রাহককে স্বাগতম!

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