ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର ପ୍ରସ୍ତୁତି ଏବଂ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉନ୍ନତି

ଲିଥିୟମ୍-ଆୟନ୍ ବ୍ୟାଟେରୀ ମୁଖ୍ୟତଃ ଉଚ୍ଚ ଶକ୍ତି ଘନତ୍ୱ ଦିଗରେ ବିକାଶଶୀଳ। କୋଠରୀ ତାପମାତ୍ରାରେ, ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀ ଲିଥିୟମ୍ ସହିତ ମିଶ୍ରଣ କରି ଲିଥିୟମ୍-ସମୃଦ୍ଧ ଉତ୍ପାଦ Li3.75Si ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଉତ୍ପାଦନ କରେ, ଯାହାର ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା 3572 mAh/g ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ, ଯାହା ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ 372 mAh/g ର ସୈଦ୍ଧାନ୍ତିକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ଅପେକ୍ଷା ବହୁତ ଅଧିକ। ତଥାପି, ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର ବାରମ୍ବାର ଚାର୍ଜିଂ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜିଂ ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ, Si ଏବଂ Li3.75Si ର ପର୍ଯ୍ୟାୟ ପରିବର୍ତ୍ତନ ବିଶାଳ ପରିମାଣ ବିସ୍ତାର (ପ୍ରାୟ 300%) ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବ, ଯାହା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର ଗଠନାତ୍ମକ ପାଉଡରିଂ ଏବଂ SEI ଫିଲ୍ମର ନିରନ୍ତର ଗଠନକୁ ନେଇଯିବ, ଏବଂ ଶେଷରେ କ୍ଷମତା ଦ୍ରୁତ ଭାବରେ ହ୍ରାସ ପାଇବ। ଶିଳ୍ପ ମୁଖ୍ୟତଃ ନାନୋ-ସାଇଜିଂ, କାର୍ବନ ଆବରଣ, ଛିଦ୍ର ଗଠନ ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ମାଧ୍ୟମରେ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଏବଂ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ବ୍ୟାଟେରୀର ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରେ।

କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀର ଉତ୍ତମ ପରିବାହୀତା, କମ ମୂଲ୍ୟ ଏବଂ ପ୍ରଶସ୍ତ ଉତ୍ସ ଅଛି। ଏଗୁଡ଼ିକ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପରିବାହୀତା ଏବଂ ପୃଷ୍ଠ ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିପାରିବେ। ଏଗୁଡ଼ିକୁ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ପାଇଁ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉନ୍ନତି ଯୋଗକ ଭାବରେ ପ୍ରାଥମିକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ସିଲିକନ୍-କାରବନ ସାମଗ୍ରୀ ହେଉଛି ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍‌ର ମୁଖ୍ୟଧାରାର ବିକାଶ ଦିଗ। କାର୍ବନ ଆବରଣ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପୃଷ୍ଠ ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିପାରିବ, କିନ୍ତୁ ସିଲିକନ୍ ଆୟତନ ପ୍ରସାରଣକୁ ବାଧା ଦେବାର ଏହାର କ୍ଷମତା ସାଧାରଣ ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ଆୟତନ ପ୍ରସାରଣ ସମସ୍ୟାର ସମାଧାନ କରିପାରିବ ନାହିଁ। ତେଣୁ, ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ, ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ ନିର୍ମାଣ କରିବାକୁ ପଡିବ। ବଲ ମିଲିଂ ହେଉଛି ନାନୋମାଟେରିଆଲ୍ସ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଶିଳ୍ପାୟିତ ପଦ୍ଧତି। ମିଶ୍ରିତ ସାମଗ୍ରୀର ଡିଜାଇନ୍ ଆବଶ୍ୟକତା ଅନୁଯାୟୀ ବଲ ମିଲିଂ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରାପ୍ତ ସ୍ଲରିରେ ବିଭିନ୍ନ ଯୋଗକ କିମ୍ବା ସାମଗ୍ରୀ ଉପାଦାନ ଯୋଡାଯାଇପାରିବ। ସ୍ଲରିକୁ ବିଭିନ୍ନ ସ୍ଲରି ମାଧ୍ୟମରେ ସମାନ ଭାବରେ ବିସ୍ତାର କରାଯାଏ ଏବଂ ସ୍ପ୍ରେ-ଶୁଷ୍କ କରାଯାଏ। ତୁରନ୍ତ ଶୁଷ୍କ କରିବା ପ୍ରକ୍ରିୟା ସମୟରେ, ସ୍ଲରିରେ ଥିବା ନାନୋପାର୍ଟିକଲ୍ସ ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ଉପାଦାନଗୁଡ଼ିକ ସ୍ୱତଃସ୍ଫୂର୍ତ୍ତ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନାତ୍ମକ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ଗଠନ କରିବେ। ଏହି କାଗଜ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା ପାଇଁ ଶିଳ୍ପାୟିତ ଏବଂ ପରିବେଶ ଅନୁକୂଳ ବଲ ମିଲିଂ ଏବଂ ସ୍ପ୍ରେ ଶୁଷ୍କ କରିବା ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ବ୍ୟବହାର କରେ।

ସିଲିକନ୍ ନାନୋମାଟେରିଆଲ୍ସର ଆକୃତି ଏବଂ ବଣ୍ଟନ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରି ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ମଧ୍ୟ ଉନ୍ନତ କରାଯାଇପାରିବ। ବର୍ତ୍ତମାନ, ବିଭିନ୍ନ ଆକୃତି ଏବଂ ବଣ୍ଟନ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ସହିତ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଛି, ଯେପରିକି ସିଲିକନ୍ ନାନୋରୋଡ୍, ପୋରସ୍ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଏମ୍ବେଡେଡ୍ ନାନୋସିଲିକନ୍, କାର୍ବନ ଗୋଲକରେ ବଣ୍ଟନ କରାଯାଇଥିବା ନାନୋସିଲିକନ୍, ସିଲିକନ୍/ଗ୍ରାଫିନ୍ ଆରେ ପୋରସ୍ ଗଠନ, ଇତ୍ୟାଦି। ସମାନ ସ୍କେଲରେ, ନାନୋପାର୍ଟିକାଲ୍ସ ସହିତ ତୁଳନା କଲେ, ନାନୋସିଟ୍ଗୁଡ଼ିକ ଆୟତନ ବିସ୍ତାର ଦ୍ୱାରା ସୃଷ୍ଟ କ୍ରସିଂ ସମସ୍ୟାକୁ ଭଲ ଭାବରେ ଦମନ କରିପାରିବ, ଏବଂ ସାମଗ୍ରୀର କମ୍ପାକ୍ସନ୍ ଘନତା ଅଧିକ ଥାଏ। ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ଅବ୍ୟବସ୍ଥିତ ଷ୍ଟାକିଂ ମଧ୍ୟ ଏକ ପୋରସ୍ ଗଠନ ଗଠନ କରିପାରିବ। ସିଲିକନ୍ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବିନିମୟ ଗୋଷ୍ଠୀରେ ଯୋଗଦାନ କରିବା ପାଇଁ। ସିଲିକନ୍ ସାମଗ୍ରୀର ଆୟତନ ବିସ୍ତାର ପାଇଁ ଏକ ବଫର ସ୍ଥାନ ପ୍ରଦାନ କରନ୍ତୁ। କାର୍ବନ ନାନୋଟ୍ୟୁବ୍ (CNTs) ର ​​ପରିଚୟ କେବଳ ସାମଗ୍ରୀର ପରିବାହିତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିପାରିବ ନାହିଁ, ବରଂ ଏହାର ଏକ-ଡାଇମେନ୍ସନାଲ୍ ଆକୃତି ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ଯୋଗୁଁ ସାମଗ୍ରୀର ପୋରସ୍ ଗଠନକୁ ମଧ୍ୟ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିପାରିବ। ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ଏବଂ CNTs ଦ୍ୱାରା ନିର୍ମିତ ପୋରସ୍ ଗଠନ ବିଷୟରେ କୌଣସି ରିପୋର୍ଟ ନାହିଁ। ଏହି ପତ୍ର ଶିଳ୍ପଗତ ଭାବରେ ପ୍ରଯୁଜ୍ୟ ବଲ୍ ମିଲିଂ, ଗ୍ରାଇଣ୍ଡିଂ ଏବଂ ଡିସପର୍ସନ୍, ସ୍ପ୍ରେ ଶୁଖାଇବା, କାର୍ବନ ପ୍ରି-ଆବରଣ ଏବଂ କ୍ୟାଲସିନେସନ୍ ପଦ୍ଧତି ଗ୍ରହଣ କରେ ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ଏବଂ CNT ଗୁଡ଼ିକର ସ୍ୱୟଂ-ସଂଯୋଗ ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ ପୋରସ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରିବା ପାଇଁ ପ୍ରସ୍ତୁତି ପ୍ରକ୍ରିୟାରେ ପୋରସ ପ୍ରମୋଟରମାନଙ୍କୁ ପରିଚିତ କରାଏ। ପ୍ରସ୍ତୁତି ପ୍ରକ୍ରିୟା ସରଳ, ପରିବେଶ ଅନୁକୂଳ, ଏବଂ କୌଣସି ଅପଚୟ ତରଳ କିମ୍ବା ଅପଚୟ ଅବଶିଷ୍ଟାଂଶ ସୃଷ୍ଟି ହୁଏ ନାହିଁ। ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର କାର୍ବନ ଆବରଣ ଉପରେ ଅନେକ ସାହିତ୍ୟ ରିପୋର୍ଟ ଅଛି, କିନ୍ତୁ ଆବରଣର ପ୍ରଭାବ ଉପରେ ଗଭୀର ଆଲୋଚନା କମ୍ ଅଛି। ଏହି ପତ୍ର ଦୁଇଟି କାର୍ବନ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି, ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ଏବଂ କଠିନ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣର, ଆବରଣ ପ୍ରଭାବ ଏବଂ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଉପରେ ପ୍ରଭାବ ଅନୁସନ୍ଧାନ କରିବା ପାଇଁ କାର୍ବନ ଉତ୍ସ ଭାବରେ ଆସଫାଲ୍ଟକୁ ବ୍ୟବହାର କରେ।

1 ପରୀକ୍ଷଣ

୧.୧ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତି

ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତିରେ ମୁଖ୍ୟତଃ ପାଞ୍ଚଟି ପଦକ୍ଷେପ ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ: ବଲ୍ ମିଲିଂ, ଗ୍ରାଇଣ୍ଡିଂ ଏବଂ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା, ସ୍ପ୍ରେ ଶୁଖାଇବା, କାର୍ବନ ପ୍ରି-ଆବରଣ ଏବଂ କାର୍ବନାଇଜେସନ୍। ପ୍ରଥମେ, 500 ଗ୍ରାମ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ସିଲିକନ୍ ପାଉଡର (ଘରୋଇ, 99.99% ଶୁଦ୍ଧତା) ଓଜନ କରନ୍ତୁ, 2000 ଗ୍ରାମ ଆଇସୋପ୍ରୋପାନୋଲ୍ ଯୋଡନ୍ତୁ, ଏବଂ ନାନୋ-ସ୍କେଲ ସିଲିକନ୍ ସ୍ଲରି ପାଇବା ପାଇଁ 24 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 2000 r/ମିନିଟ୍ ବଲ ମିଲିଂ ଗତିରେ ଓଦା ବଲ ମିଲିଂ କରନ୍ତୁ। ପ୍ରାପ୍ତ ସିଲିକନ୍ ସ୍ଲରିକୁ ଏକ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା ସ୍ଥାନାନ୍ତର ଟାଙ୍କିକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତର କରାଯାଏ, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ର ବହନ ଅନୁପାତ ଅନୁସାରେ ସାମଗ୍ରୀ ଯୋଡାଯାଏ: ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ (ସାଂଘାଇରେ ଉତ୍ପାଦିତ, ବ୍ୟାଟେରୀ ଗ୍ରେଡ୍): କାର୍ବନ ନାନୋଟ୍ୟୁବ୍ (ଟିଆନଜିନ୍ ରେ ଉତ୍ପାଦିତ, ବ୍ୟାଟେରୀ ଗ୍ରେଡ୍): ପଲିଭିନାଇଲ୍ ପାଇରୋଲିଡୋନ୍ (ଟିଆନଜିନ୍ ରେ ଉତ୍ପାଦିତ, ଆନାଲିଟିକାଲ୍ ଗ୍ରେଡ୍) = 40:60:1.5:2। କଠିନ ସାମଗ୍ରୀକୁ ସଜାଡ଼ିବା ପାଇଁ ଆଇସୋପ୍ରୋପାନୋଲ୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ, ଏବଂ କଠିନ ସାମଗ୍ରୀ 15% ହେବା ପାଇଁ ଡିଜାଇନ୍ କରାଯାଏ। ଗ୍ରାଇଣ୍ଡିଂ ଏବଂ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା 4 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 3500 r/ମିନିଟ୍ ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା ବେଗରେ କରାଯାଏ। CNTs ଯୋଡି ନ ଥିବା ସ୍ଲରିର ଅନ୍ୟ ଏକ ଗୋଷ୍ଠୀ ତୁଳନା କରାଯାଏ, ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ସାମଗ୍ରୀ ସମାନ। ପ୍ରାପ୍ତ ବିସ୍ତାରିତ ସ୍ଲରିକୁ ତା'ପରେ ଏକ ସ୍ପ୍ରେ ଶୁଖାଇବା ଫିଡିଂ ଟାଙ୍କିକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ କରାଯାଏ, ଏବଂ ସ୍ପ୍ରେ ଶୁଖାଇବା ଏକ ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍-ସୁରକ୍ଷିତ ବାୟୁମଣ୍ଡଳରେ କରାଯାଏ, ଯେଉଁଥିରେ ପ୍ରବେଶ ଏବଂ ପ୍ରବାହ ତାପମାତ୍ରା ଯଥାକ୍ରମେ 180 ଏବଂ 90 °C ହୋଇଥାଏ। ତା'ପରେ ଦୁଇ ପ୍ରକାରର କାର୍ବନ ଆବରଣ ତୁଳନା କରାଯାଏ, କଠିନ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ଏବଂ ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ। କଠିନ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି ହେଉଛି: ସ୍ପ୍ରେ-ଶୁଖାଇ ପାଉଡରକୁ 20% ଆସଫାଲ୍ଟ ପାଉଡର (କୋରିଆରେ ତିଆରି, D50 5 μm) ସହିତ ମିଶ୍ରିତ କରାଯାଏ, 10 ମିନିଟ୍ ପାଇଁ ଏକ ଯାନ୍ତ୍ରିକ ମିଶ୍ରଣରେ ମିଶ୍ରଣ କରାଯାଏ, ଏବଂ ପ୍ରି-ଆବରଣ ପାଉଡର ପାଇବା ପାଇଁ ମିଶ୍ରଣ ଗତି 2000 r/min ହୋଇଥାଏ। ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି ହେଉଛି: ସ୍ପ୍ରେ-ଶୁଖାଇ ପାଉଡରକୁ 55% କଠିନ ପରିମାଣରେ ପାଉଡରରେ ଦ୍ରବୀଭୂତ 20% ଆସଫାଲ୍ଟ ଧାରଣ କରୁଥିବା ଜାଇଲିନ୍ ଦ୍ରବଣ (ଟିଆନଜିନ୍ ରେ ତିଆରି, ବିଶ୍ଳେଷଣାତ୍ମକ ଗ୍ରେଡ୍) ରେ ଯୋଡାଯାଏ, ଏବଂ ଭାକ୍ୟୁମ୍ ସମାନ ଭାବରେ ଘୁରାଯାଏ। ଏକ ଭାକ୍ୟୁମ୍ ଚୁଲିରେ 85℃ ତାପମାତ୍ରାରେ 4 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ ବେକ୍ କରନ୍ତୁ, ମିଶ୍ରଣ ପାଇଁ ଏକ ଯାନ୍ତ୍ରିକ ମିଶ୍ରଣରେ ପକାନ୍ତୁ, ମିଶ୍ରଣ ଗତି 2000 r/min, ଏବଂ ମିଶ୍ରଣ ସମୟ 10 ମିନିଟ୍ ପୂର୍ବରୁ ଆବୃତ ପାଉଡର ପାଇବା ପାଇଁ। ଶେଷରେ, ପୂର୍ବରୁ ଆବୃତ ପାଉଡରକୁ ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ବାୟୁମଣ୍ଡଳରେ 5°C/ମିନିଟ୍ ଗରମ ହାରରେ ଏକ ରୋଟାରୀ କିଲ୍ନରେ କ୍ୟାଲସାଇନ୍ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହାକୁ ପ୍ରଥମେ 2 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 550°C ସ୍ଥିର ତାପମାତ୍ରାରେ ରଖାଯାଇଥିଲା, ତା'ପରେ 800°C ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଗରମ କରି 2 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ ସ୍ଥିର ତାପମାତ୍ରାରେ ରଖାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ତା'ପରେ ପ୍ରାକୃତିକ ଭାବରେ 100°C ତଳେ ଥଣ୍ଡା କରାଯାଇ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ମିଶ୍ରିତ ସାମଗ୍ରୀ ପାଇବା ପାଇଁ ଛାଡ଼ି ଦିଆଯାଇଥିଲା।

୧.୨ ଚରିତ୍ରନିରୂପଣ ପଦ୍ଧତି

ଏକ କଣିକା ଆକାର ପରୀକ୍ଷକ (ମାଷ୍ଟରସାଇଜର 2000 ସଂସ୍କରଣ, ୟୁକେରେ ତିଆରି) ବ୍ୟବହାର କରି ସାମଗ୍ରୀର କଣିକା ଆକାର ବଣ୍ଟନ ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ପ୍ରତ୍ୟେକ ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ ପ୍ରାପ୍ତ ପାଉଡରଗୁଡ଼ିକୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (Regulus8220, ଜାପାନରେ ତିଆରି) ସ୍କାନିଂ କରି ପାଉଡରଗୁଡ଼ିକର ଆକୃତି ଏବଂ ଆକାର ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଏକ ଏକ୍ସ-ରେ ପାଉଡର ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ବିଶ୍ଳେଷକ (D8 ADVANCE, ଜର୍ମାନୀରେ ତିଆରି) ବ୍ୟବହାର କରି ସାମଗ୍ରୀର ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଗଠନ ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଏକ ଶକ୍ତି ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ବିଶ୍ଳେଷକ ବ୍ୟବହାର କରି ସାମଗ୍ରୀର ମୌଳିକ ଗଠନ ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ପ୍ରାପ୍ତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀ ମଡେଲ୍ CR2032 ର ଏକ ବଟନ୍ ଅଧା-କୋଷ ତିଆରି କରିବା ପାଇଁ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନର ବସ୍ତୁତ୍ୱ ଅନୁପାତ: SP: CNT: CMC: SBR ଥିଲା 92:2:2:1.5:2.5। କାଉଣ୍ଟର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ହେଉଛି ଏକ ଧାତୁ ଲିଥିୟମ୍ ସିଟ୍, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ହେଉଛି ଏକ ବାଣିଜ୍ୟିକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ (ମଡେଲ୍ 1901, କୋରିଆରେ ନିର୍ମିତ), ସେଲଗାର୍ଡ 2320 ଡାୟାଫ୍ରାମ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଛି, ଚାର୍ଜ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ ଭୋଲଟେଜ୍ ପରିସର 0.005-1.5 V, ଚାର୍ଜ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ କରେଣ୍ଟ 0.1 C (1C = 1A), ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ କଟ୍-ଅଫ୍ କରେଣ୍ଟ 0.05 C।

ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଅଧିକ ତଦନ୍ତ କରିବା ପାଇଁ, ଲାମିନେଟେଡ୍ ଛୋଟ ସଫ୍ଟ-ପ୍ୟାକ୍ ବ୍ୟାଟେରୀ 408595 ତିଆରି କରାଯାଇଥିଲା। ପଜିଟିଭ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ NCM811 (ହୁନାନ୍ ରେ ତିଆରି, ବ୍ୟାଟେରୀ ଗ୍ରେଡ୍) ବ୍ୟବହାର କରେ, ଏବଂ ନେଗେଟିଭ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ 8% ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀ ସହିତ ଡୋପ୍ ହୋଇଥାଏ। ପଜିଟିଭ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସ୍ଲରି ଫର୍ମୁଲା ହେଉଛି 96% NCM811, 1.2% ପଲିଭିନାଇଲିଡିନ୍ ଫ୍ଲୋରାଇଡ୍ (PVDF), 2% କଣ୍ଡକ୍ଟିଭ୍ ଏଜେଣ୍ଟ SP, 0.8% CNT, ଏବଂ NMP ଏକ ବିସ୍ତାରକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ; ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସ୍ଲରି ଫର୍ମୁଲା ହେଉଛି 96% କମ୍ପୋଜିଟ୍ ନେଗେଟିଭ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀ, 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, ଏବଂ ପାଣି ଏକ ବିସ୍ତାରକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ଘୁଞ୍ଚାଇବା ପରେ, ଆବରଣ, ରୋଲିଂ, କଟିଂ, ଲାମିନେସନ୍, ଟ୍ୟାବ୍ ୱେଲ୍ଡିଂ, ପ୍ୟାକେଜିଂ, ବେକିଂ, ତରଳ ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ, ଗଠନ ଏବଂ କ୍ଷମତା ବିଭାଜନ, 3 Ah ର ମୂଲ୍ୟାଙ୍କିତ କ୍ଷମତା ସହିତ 408595 ଲାମିନେଟେଡ୍ ଛୋଟ ସଫ୍ଟ ପ୍ୟାକ୍ ବ୍ୟାଟେରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ଏବଂ 3C ର ହାର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଏବଂ 0.5C ଚାର୍ଜ ଏବଂ 1C ଡିସଚାର୍ଜର ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଚାର୍ଜ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ ଭୋଲଟେଜ ପରିସର 2.8-4.2 V, ସ୍ଥିର କରେଣ୍ଟ ଏବଂ ସ୍ଥିର ଭୋଲଟେଜ ଚାର୍ଜିଂ, ଏବଂ କଟ୍-ଅଫ୍ କରେଣ୍ଟ 0.5C ଥିଲା।

୨ ଫଳାଫଳ ଏବଂ ଆଲୋଚନା

ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (SEM) ସ୍କାନିଂ କରି ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ସିଲିକନ୍ ପାଉଡର ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ଚିତ୍ର 1(a) ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ସିଲିକନ୍ ପାଉଡର ଅନିୟମିତ ଭାବରେ ଦାନାଦାର ଥିଲା ଏବଂ 2μm ରୁ କମ୍ କଣିକା ଆକାର ଥିଲା। ବଲ ମିଲିଂ ପରେ, ସିଲିକନ୍ ପାଉଡରର ଆକାର ପ୍ରାୟ 100 nm [ଚିତ୍ର 1(b)] କୁ ଯଥେଷ୍ଟ ହ୍ରାସ ପାଇଥିଲା। କଣିକା ଆକାର ପରୀକ୍ଷା ଦେଖାଇଲା ଯେ ବଲ ମିଲିଂ ପରେ ସିଲିକନ୍ ପାଉଡରର D50 ଥିଲା 110 nm ଏବଂ D90 ଥିଲା 175 nm। ବଲ ମିଲିଂ ପରେ ସିଲିକନ୍ ପାଉଡରର ଆକୃତିର ଏକ ସତର୍କତାର ସହିତ ପରୀକ୍ଷା ଏକ ଫ୍ଲେକି ଗଠନ ଦେଖାଏ (ଫ୍ଲେକି ଗଠନର ଗଠନ ପରେ କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ SEM ରୁ ଆହୁରି ଯାଞ୍ଚ କରାଯିବ)। ତେଣୁ, କଣିକା ଆକାର ପରୀକ୍ଷାରୁ ପ୍ରାପ୍ତ D90 ତଥ୍ୟ ନାନୋସିଟର ଲମ୍ବ ପରିମାପ ହେବା ଉଚିତ। SEM ଫଳାଫଳ ସହିତ ମିଶି, ଏହା ବିଚାର କରାଯାଇପାରିବ ଯେ ପ୍ରାପ୍ତ ନାନୋସିଟର ଆକାର ଅତି କମରେ ଗୋଟିଏ ପରିମାଣରେ ଚାର୍ଜିଂ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜିଂ ସମୟରେ ସିଲିକନ୍ ପାଉଡର ଭାଙ୍ଗିବାର 150 nm ର ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ମୂଲ୍ୟ ଅପେକ୍ଷା ଛୋଟ। ଫ୍ଲେକି ମର୍ଫୋଲୋଜିର ଗଠନ ମୁଖ୍ୟତଃ ସ୍ଫଟିକ ସିଲିକର ସ୍ଫଟିକ ସମତଳଗୁଡ଼ିକର ଭିନ୍ନ ଭିନ୍ନ ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ଶକ୍ତି ଯୋଗୁଁ ହୋଇଥାଏ, ଯେଉଁଥିରୁ ସିଲିକର {111} ସମତଳରେ {100} ଏବଂ {110} ସ୍ଫଟିକ ସମତଳ ଅପେକ୍ଷା କମ୍ ବିଚ୍ଛିନ୍ନ ଶକ୍ତି ଥାଏ। ତେଣୁ, ଏହି ସ୍ଫଟିକ ସମତଳକୁ ବଲ୍ ମିଲିଂ ଦ୍ୱାରା ଅଧିକ ସହଜରେ ପତଳା କରାଯାଏ ଏବଂ ଶେଷରେ ଏକ ଫ୍ଲେକି ଗଠନ ଗଠନ କରାଯାଏ। ଫ୍ଲେକି ଗଠନ ଢିଲା ଗଠନ ସଂଗ୍ରହ ପାଇଁ ସହାୟକ ହୁଏ, ସିଲିକର ଆୟତନ ବିସ୍ତାର ପାଇଁ ସ୍ଥାନ ସଂରକ୍ଷଣ କରେ ଏବଂ ସାମଗ୍ରୀର ସ୍ଥିରତାକୁ ଉନ୍ନତ କରେ।

ନାନୋ-ସିଲିକନ୍, CNT ଏବଂ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଯୁକ୍ତ ସ୍ଲରି ସ୍ପ୍ରେ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ସ୍ପ୍ରେ କରିବା ପୂର୍ବରୁ ଏବଂ ପରେ ପାଉଡର SEM ଦ୍ୱାରା ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର 2 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ସ୍ପ୍ରେ କରିବା ପୂର୍ବରୁ ଯୋଡାଯାଇଥିବା ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ମ୍ୟାଟ୍ରିକ୍ସ ହେଉଛି 5 ରୁ 20 μm ଆକାରର ଏକ ସାଧାରଣ ଫ୍ଲେକ୍ ଗଠନ [ଚିତ୍ର 2(a)]। ଗ୍ରାଫାଇଟ୍‌ର କଣିକା ଆକାର ବଣ୍ଟନ ପରୀକ୍ଷା ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ D50 ହେଉଛି 15μm। ସ୍ପ୍ରେ କରିବା ପରେ ପ୍ରାପ୍ତ ପାଉଡରର ଏକ ଗୋଲାକାର ଆକୃତି [ଚିତ୍ର 2(b)] ଅଛି, ଏବଂ ଏହା ଦେଖାଯାଇପାରେ ଯେ ସ୍ପ୍ରେ କରିବା ପରେ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଆବରଣ ସ୍ତର ଦ୍ୱାରା ଆବରଣ କରାଯାଇଛି। ସ୍ପ୍ରେ କରିବା ପରେ ପାଉଡରର D50 ହେଉଛି 26.2 μm। ଦ୍ୱିତୀୟ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ଆକୃତିଗତ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକ SEM ଦ୍ୱାରା ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷଣ କରାଯାଇଥିଲା, ଯାହା ନାନୋମାଟେରିଆଲ୍ସ ଦ୍ୱାରା ସଂଗୃହିତ ଏକ ଢିଲା ଛିଦ୍ର ଗଠନର ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକୁ ଦର୍ଶାଉଛି [ଚିତ୍ର 2(c)]। ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ଏବଂ CNTs ପରସ୍ପର ସହିତ ଜଡିତ [ଚିତ୍ର 2(d)] ଦ୍ୱାରା ଗଠିତ, ଏବଂ ପରୀକ୍ଷା ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ପୃଷ୍ଠ କ୍ଷେତ୍ର (BET) 53.3 m2/g ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଉଚ୍ଚ। ତେଣୁ, ସିଞ୍ଚନ କରିବା ପରେ, ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ଏବଂ CNT ଗୁଡ଼ିକ ଏକ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ ଗଠନ କରିବା ପାଇଁ ସ୍ୱୟଂ-ସଂଯୋଗ କରନ୍ତି।

ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ସ୍ତରକୁ ତରଳ କାର୍ବନ ଆବରଣ ସହିତ ଚିକିତ୍ସା କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ କାର୍ବନ ଆବରଣ ପୂର୍ବବର୍ତ୍ତୀ ପିଚ୍ ଏବଂ କାର୍ବନାଇଜେସନ୍ ଯୋଡିବା ପରେ, SEM ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର 3 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। କାର୍ବନ ପ୍ରି-ଆବରଣ ପରେ, ଦ୍ୱିତୀୟ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠ ଏକ ସ୍ପଷ୍ଟ ଆବରଣ ସ୍ତର ସହିତ ମସୃଣ ହୋଇଯାଏ, ଏବଂ ଆବରଣ ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ହୁଏ, ଯେପରି ଚିତ୍ର 3(a) ଏବଂ (b) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। କାର୍ବନାଇଜେସନ୍ ପରେ, ପୃଷ୍ଠ ଆବରଣ ସ୍ତର ଏକ ଭଲ ଆବରଣ ଅବସ୍ଥା ବଜାୟ ରଖେ [ଚିତ୍ର 3(c)]। ଏହା ସହିତ, କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ SEM ପ୍ରତିଛବି ଷ୍ଟ୍ରିପ୍-ଆକୃତିର ନାନୋପାର୍ଟିକଲ୍ସ [ଚିତ୍ର 3(d)] ଦେଖାଏ, ଯାହା ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ରୂପଗତ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ସହିତ ମେଳ ଖାଏ, ବଲ୍ ମିଲିଂ ପରେ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ଗଠନକୁ ଆହୁରି ଯାଞ୍ଚ କରେ। ଏହା ସହିତ, ଚିତ୍ର 3(d) ଦର୍ଶାଏ ଯେ କିଛି ନାନୋସିଟ୍ ମଧ୍ୟରେ ଫିଲର ଅଛି। ଏହା ମୁଖ୍ୟତଃ ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ପଦ୍ଧତି ବ୍ୟବହାର ଯୋଗୁଁ। ଆସଫାଲ୍ଟ ଦ୍ରବଣ ସାମଗ୍ରୀ ଭିତରକୁ ପ୍ରବେଶ କରିବ, ଯାହା ଦ୍ୱାରା ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠ ଏକ କାର୍ବନ ଆବରଣ ସୁରକ୍ଷା ସ୍ତର ପାଇବ। ତେଣୁ, ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ବ୍ୟବହାର କରି, ଦ୍ୱିତୀୟ କଣିକା ଆବରଣ ପ୍ରଭାବ ପାଇବା ସହିତ, ପ୍ରାଥମିକ କଣିକା ଆବରଣର ଡବଲ କାର୍ବନ ଆବରଣ ପ୍ରଭାବ ମଧ୍ୟ ହାସଲ କରାଯାଇପାରିବ। କାର୍ବନାଇଜଡ୍ ପାଉଡରକୁ BET ଦ୍ୱାରା ପରୀକ୍ଷିତ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ପରୀକ୍ଷା ଫଳାଫଳ 22.3 m2/g ଥିଲା।

କାର୍ବନାଇଜଡ୍ ପାଉଡରକୁ କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ ଏନର୍ଜି ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ବିଶ୍ଳେଷଣ (EDS) କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ର 4(a) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ମାଇକ୍ରୋନ୍-ଆକାରର କୋର୍ ହେଉଛି C ଉପାଦାନ, ଯାହା ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ମ୍ୟାଟ୍ରିକ୍ସ ସହିତ ସମାନ, ଏବଂ ବାହ୍ୟ ଆବରଣରେ ସିଲିକନ୍ ଏବଂ ଅମ୍ଳଜାନ ରହିଛି। ସିଲିକନ୍ ର ଗଠନକୁ ଅଧିକ ତଦନ୍ତ କରିବା ପାଇଁ, ଏକ ଏକ୍ସ-ରେ ଡିଫ୍ରାକ୍ସନ୍ (XRD) ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ର 4(b) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ସାମଗ୍ରୀଟି ମୁଖ୍ୟତଃ ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଏବଂ ଏକକ-କ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ ସିଲିକନ୍ ରେ ଗଠିତ, କୌଣସି ସ୍ପଷ୍ଟ ସିଲିକନ୍ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟ ନାହିଁ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ ଶକ୍ତି ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ପରୀକ୍ଷାର ଅମ୍ଳଜାନ ଉପାଦାନ ମୁଖ୍ୟତଃ ସିଲିକନ୍ ପୃଷ୍ଠର ପ୍ରାକୃତିକ ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ରୁ ଆସିଥାଏ। ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀକୁ S1 ଭାବରେ ରେକର୍ଡ କରାଯାଇଛି।

ପ୍ରସ୍ତୁତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀ S1 କୁ ବଟନ୍-ପ୍ରକାର ଅର୍ଦ୍ଧ-କୋଷ ଉତ୍ପାଦନ ଏବଂ ଚାର୍ଜ-ଡିସଚାର୍ଜ ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ପ୍ରଥମ ଚାର୍ଜ-ଡିସଚାର୍ଜ ବକ୍ର ଚିତ୍ର 5 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ପ୍ରତିବର୍ତ୍ତନୀୟ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ହେଉଛି 1000.8 mAh/g, ଏବଂ ପ୍ରଥମ ଚକ୍ର ଦକ୍ଷତା 93.9% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଉଚ୍ଚ, ଯାହା ସାହିତ୍ୟରେ ରିପୋର୍ଟ କରାଯାଇଥିବା ପ୍ରି-ଲିଥିଏସନ୍ ବିନା ଅଧିକାଂଶ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ। ଉଚ୍ଚ ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ପ୍ରସ୍ତୁତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର ଉଚ୍ଚ ସ୍ଥିରତା ଅଛି। ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀର ସ୍ଥିରତା ଉପରେ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ, ପରିବାହୀ ନେଟୱାର୍କ ଏବଂ କାର୍ବନ ଆବରଣର ପ୍ରଭାବ ଯାଞ୍ଚ କରିବା ପାଇଁ, CNT ଯୋଡିବା ବିନା ଏବଂ ପ୍ରାଥମିକ କାର୍ବନ ଆବରଣ ବିନା ଦୁଇ ପ୍ରକାରର ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀ ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା।

CNT ଯୋଗ ନକରି ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ପଦାର୍ଥର କାର୍ବନାଇଜ୍ଡ ପାଉଡରର ଆକୃତି ଚିତ୍ର 6 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ଏବଂ କାର୍ବନାଇଜେସନ୍ ପରେ, ଚିତ୍ର 6 (a) ରେ ଦ୍ୱିତୀୟ କଣିକାର ପୃଷ୍ଠରେ ଏକ ଆବରଣ ସ୍ତର ସ୍ପଷ୍ଟ ଭାବରେ ଦେଖାଯାଇପାରିବ। କାର୍ବନାଇଜେଡ୍ ପଦାର୍ଥର କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ SEM ଚିତ୍ର 6 (b) ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍‌ର ଷ୍ଟାକିଂରେ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗୁଣ ଅଛି, ଏବଂ BET ପରୀକ୍ଷା 16.6 m2/g। ତଥାପି, CNT ସହିତ ତୁଳନା କଲେ [ଚିତ୍ର 3 (d) ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ଏହାର କାର୍ବନାଇଜେଡ୍ ପାଉଡରର BET ପରୀକ୍ଷା 22.3 m2/g], ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ନାନୋ-ସିଲିକନ୍ ଷ୍ଟାକିଂ ଘନତା ଅଧିକ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ CNT ଯୋଗ ଏକ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିପାରିବ। ଏହା ସହିତ, ସାମଗ୍ରୀରେ CNT ଦ୍ୱାରା ନିର୍ମିତ ଏକ ତ୍ରି-ପରିମାଣୀୟ ପରିବାହୀ ନେଟୱାର୍କ ନାହିଁ। ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ପଦାର୍ଥକୁ S2 ଭାବରେ ରେକର୍ଡ କରାଯାଇଛି।

କଠିନ-ଫେଜ୍ କାର୍ବନ ଆବରଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତୁତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର ରୂପାତ୍ମକ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ର 7 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। କାର୍ବନୀକରଣ ପରେ, ଚିତ୍ର 7(a) ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ପୃଷ୍ଠରେ ଏକ ସ୍ପଷ୍ଟ ଆବରଣ ସ୍ତର ଅଛି। ଚିତ୍ର 7(b) ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ କ୍ରସ୍ ସେକ୍ସନରେ ଷ୍ଟ୍ରିପ୍-ଆକୃତିର ନାନୋପାର୍ଟିକଲ୍ ଅଛି, ଯାହା ନାନୋସିଟ୍‌ର ରୂପାତ୍ମକ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ସହିତ ମେଳ ଖାଉଛି। ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ସଂଗ୍ରହ ଏକ ଛିଦ୍ର ଗଠନ ଗଠନ କରେ। ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ପୃଷ୍ଠରେ କୌଣସି ସ୍ପଷ୍ଟ ଫିଲର ନାହିଁ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ କଠିନ-ଫେଜ୍ କାର୍ବନ ଆବରଣ କେବଳ ଏକ ଛିଦ୍ର ଗଠନ ସହିତ ଏକ କାର୍ବନ ଆବରଣ ସ୍ତର ଗଠନ କରେ, ଏବଂ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍ ପାଇଁ କୌଣସି ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ଆବରଣ ସ୍ତର ନାହିଁ। ଏହି ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀକୁ S3 ଭାବରେ ରେକର୍ଡ କରାଯାଇଛି।

S2 ଏବଂ S3 ଉପରେ ବଟନ୍-ପ୍ରକାର ଅର୍ଦ୍ଧ-କୋଷ ଚାର୍ଜ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। S2 ର ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ଏବଂ ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ଯଥାକ୍ରମେ 1120.2 mAh/g ଏବଂ 84.8% ଥିଲା, ଏବଂ S3 ର ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ଏବଂ ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ଯଥାକ୍ରମେ 882.5 mAh/g ଏବଂ 82.9% ଥିଲା। କଠିନ-ଫେଜ୍ ଆବୃତ S3 ନମୁନାର ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ଏବଂ ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ସର୍ବନିମ୍ନ ଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ କେବଳ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନର କାର୍ବନ ଆବରଣ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଆଭ୍ୟନ୍ତରୀଣ ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍‌ର କାର୍ବନ ଆବରଣ କରାଯାଇ ନଥିଲା, ଯାହା ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତାକୁ ପୂର୍ଣ୍ଣ ଖେଳ ଦେଇପାରିଲା ନାହିଁ ଏବଂ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପୃଷ୍ଠକୁ ସୁରକ୍ଷା ଦେଇପାରିଲା ନାହିଁ। CNT ବିନା S2 ନମୁନାର ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା CNT ଧାରଣ କରିଥିବା ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀ ଅପେକ୍ଷା ମଧ୍ୟ କମ୍ ଥିଲା, ଯାହା ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ ଏକ ଭଲ ଆବରଣ ସ୍ତର ଆଧାରରେ, ପରିବାହୀ ନେଟୱାର୍କ ଏବଂ ଅଧିକ ଡିଗ୍ରୀ ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀର ଚାର୍ଜ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜ ଦକ୍ଷତାର ଉନ୍ନତି ପାଇଁ ସହାୟକ।

ହାର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଏବଂ ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଛୋଟ ସଫ୍ଟ-ପ୍ୟାକ୍ ପୂର୍ଣ୍ଣ ବ୍ୟାଟେରୀ ତିଆରି କରିବା ପାଇଁ S1 ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ଡିସଚାର୍ଜ ହାର ବକ୍ର ଚିତ୍ର 8(a) ରେ ଦେଖାଯାଇଛି। 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ଏବଂ 3C ର ଡିସଚାର୍ଜ କ୍ଷମତା ଯଥାକ୍ରମେ 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 ଏବଂ 1.021 Ah ଅଟେ। 1C ଡିସଚାର୍ଜ ହାର 98.3% ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଉଚ୍ଚ, କିନ୍ତୁ 2C ଡିସଚାର୍ଜ ହାର 73.3% କୁ ହ୍ରାସ ପାଏ, ଏବଂ 3C ଡିସଚାର୍ଜ ହାର ଆହୁରି 34.4% କୁ ହ୍ରାସ ପାଏ। ସିଲିକନ୍ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବିନିମୟ ଗୋଷ୍ଠୀରେ ଯୋଗଦେବା ପାଇଁ, ଦୟାକରି WeChat ଯୋଡନ୍ତୁ: shimobang। ଚାର୍ଜିଂ ହାର ଦୃଷ୍ଟିରୁ, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C ଏବଂ 3C ଚାର୍ଜିଂ କ୍ଷମତା ଯଥାକ୍ରମେ 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 ଏବଂ 2.289 Ah ଅଟେ। 1C ଚାର୍ଜିଂ ହାର 96.7%, ଏବଂ 2C ଚାର୍ଜିଂ ହାର ଏପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ 84.3% ରେ ପହଞ୍ଚିଛି। ତଥାପି, ଚିତ୍ର 8(b) ରେ ଚାର୍ଜିଂ କର୍ଭକୁ ଅନୁଧ୍ୟାନ କରି, 2C ଚାର୍ଜିଂ ପ୍ଲାଟଫର୍ମ 1C ଚାର୍ଜିଂ ପ୍ଲାଟଫର୍ମ ଅପେକ୍ଷା ଯଥେଷ୍ଟ ବଡ଼, ଏବଂ ଏହାର ସ୍ଥିର ଭୋଲଟେଜ ଚାର୍ଜିଂ କ୍ଷମତା ଅଧିକାଂଶ (55%) ପାଇଁ ଦାୟୀ, ଯାହା ସୂଚିତ କରେ ଯେ 2C ରିଚାର୍ଜେବଲ୍ ବ୍ୟାଟେରୀର ଧ୍ରୁବୀକରଣ ପୂର୍ବରୁ ବହୁତ ବଡ଼। ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ସାମଗ୍ରୀର 1C ରେ ଭଲ ଚାର୍ଜିଂ ଏବଂ ଡିସଚାର୍ଜିଂ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଅଛି, କିନ୍ତୁ ଉଚ୍ଚ ହାର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ସାମଗ୍ରୀର ଗଠନାତ୍ମକ ବୈଶିଷ୍ଟ୍ୟଗୁଡ଼ିକୁ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରିବାକୁ ପଡିବ। ଚିତ୍ର 9 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, 450 ଚକ୍ର ପରେ, କ୍ଷମତା ସଂରକ୍ଷଣ ହାର 78%, ଭଲ ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦର୍ଶାଉଛି।

SEM ଦ୍ୱାରା ଚକ୍ର ପୂର୍ବରୁ ଏବଂ ପରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡର ପୃଷ୍ଠ ଅବସ୍ଥା ଅନୁସନ୍ଧାନ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର 10 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ଚକ୍ର ପୂର୍ବରୁ, ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଏବଂ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ପଦାର୍ଥର ପୃଷ୍ଠ ସ୍ପଷ୍ଟ [ଚିତ୍ର 10(a)]; ଚକ୍ର ପରେ, ପୃଷ୍ଠରେ ସ୍ପଷ୍ଟ ଭାବରେ ଏକ ଆବରଣ ସ୍ତର ସୃଷ୍ଟି ହୁଏ [ଚିତ୍ର 10(b)], ଯାହା ଏକ ଘନ SEI ଫିଲ୍ମ। SEI ଫିଲ୍ମ ରୁକ୍ଷତା ସକ୍ରିୟ ଲିଥିୟମ୍ ବ୍ୟବହାର ଅଧିକ, ଯାହା ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ପାଇଁ ଅନୁକୂଳ ନୁହେଁ। ତେଣୁ, ଏକ ମସୃଣ SEI ଫିଲ୍ମ ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା (ଯେପରିକି କୃତ୍ରିମ SEI ଫିଲ୍ମ ନିର୍ମାଣ, ଉପଯୁକ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଯୋଗକ ଯୋଗ କରିବା, ଇତ୍ୟାଦି) ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଉନ୍ନତ କରିପାରିବ। ଚକ୍ର [ଚିତ୍ର 10(c)] ପରେ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କଣିକାଗୁଡ଼ିକର କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନାଲ୍ SEM ପର୍ଯ୍ୟବେକ୍ଷଣ ଦର୍ଶାଏ ଯେ ମୂଳ ଷ୍ଟ୍ରିପ୍-ଆକୃତିର ସିଲିକନ୍ ନାନୋପାର୍ଟିକାଲ୍ସ ଅଧିକ ଘନ ହୋଇଯାଇଛି ଏବଂ ଛିଦ୍ର ଗଠନ ମୂଳତଃ ଦୂର ହୋଇଯାଇଛି। ଏହା ମୁଖ୍ୟତଃ ଚକ୍ର ସମୟରେ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ ପଦାର୍ଥର ନିରନ୍ତର ପରିମାଣ ବିସ୍ତାର ଏବଂ ସଂକୋଚନ ଯୋଗୁଁ ହୋଇଛି। ତେଣୁ, ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ପଦାର୍ଥର ପରିମାଣ ବିସ୍ତାର ପାଇଁ ପର୍ଯ୍ୟାପ୍ତ ବଫର ସ୍ଥାନ ପ୍ରଦାନ କରିବା ପାଇଁ ଛିଦ୍ର ଗଠନକୁ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରାଯିବା ଆବଶ୍ୟକ।

୩ ନିଷ୍କର୍ଷ

ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର ପରିମାଣ ବିସ୍ତାର, ଦୁର୍ବଳ ପରିବାହିତା ଏବଂ ଦୁର୍ବଳ ଇଣ୍ଟରଫେସ୍ ସ୍ଥିରତା ଉପରେ ଆଧାର କରି, ଏହି ପତ୍ର ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍‌ର ଆକୃତି ଗଠନ, ଛିଦ୍ର ସଂରଚନା ନିର୍ମାଣ, ପରିବାହୀ ନେଟୱାର୍କ ନିର୍ମାଣ ଏବଂ ସମଗ୍ର ଦ୍ୱିତୀୟ କଣିକାର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ କାର୍ବନ ଆବରଣରୁ ଲକ୍ଷ୍ୟଭେଦମୂଳକ ଉନ୍ନତି ଆଣିଥାଏ, ଯାହା ଦ୍ୱାରା ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ନକାରାତ୍ମକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀର ସ୍ଥିରତା ଉନ୍ନତ ହୋଇପାରିବ। ସିଲିକନ୍ ନାନୋସିଟ୍‌ଗୁଡ଼ିକର ସଂଗ୍ରହ ଏକ ଛିଦ୍ର ସଂରଚନା ଗଠନ କରିପାରିବ। CNT ର ପରିଚୟ ଏକ ଛିଦ୍ର ସଂରଚନା ଗଠନକୁ ଆହୁରି ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବ। ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତୁତ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର କଠିନ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ଆବରଣ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତୁତ ତୁଳନାରେ ଦ୍ୱିଗୁଣିତ କାର୍ବନ ଆବରଣ ପ୍ରଭାବ ଥାଏ, ଏବଂ ଏହା ଉଚ୍ଚ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କ୍ଷମତା ଏବଂ ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା ପ୍ରଦର୍ଶନ କରେ। ଏହା ବ୍ୟତୀତ, CNT ଧାରଣ କରିଥିବା ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର ପ୍ରଥମ ଦକ୍ଷତା CNT ବିନା ଅପେକ୍ଷା ଅଧିକ, ଯାହା ମୁଖ୍ୟତଃ ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପରିମାଣ ବିସ୍ତାରକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ ଛିଦ୍ର ସଂରଚନାର କ୍ଷମତାର ଉଚ୍ଚ ଡିଗ୍ରୀ ହେତୁ। CNT ର ପରିଚୟ ଏକ ତ୍ରି-ପରିବାହୀ ପରିବାହୀ ନେଟୱାର୍କ ନିର୍ମାଣ କରିବ, ସିଲିକନ୍-ଆଧାରିତ ସାମଗ୍ରୀର ପରିବାହିତା ଉନ୍ନତ କରିବ ଏବଂ 1C ରେ ଭଲ ହାର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦେଖାଇବ; ଏବଂ ସାମଗ୍ରୀଟି ଭଲ ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦେଖାଇବ। ତଥାପି, ସିଲିକନର ଆୟତନ ବିସ୍ତାର ପାଇଁ ପର୍ଯ୍ୟାପ୍ତ ବଫର ସ୍ଥାନ ଯୋଗାଇବା ଏବଂ ଏକ ମସୃଣ ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ପାଇଁ ସାମଗ୍ରୀର ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଗଠନକୁ ଆହୁରି ସୁଦୃଢ଼ ​​କରିବାକୁ ପଡିବଏବଂ ସିଲିକନ୍-କାର୍ବନ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ସାମଗ୍ରୀର ଚକ୍ର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ଆହୁରି ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ ଘନ SEI ଫିଲ୍ମ।

ଆମେ ଉଚ୍ଚ-ଶୁଦ୍ଧତା ଗ୍ରାଫାଇଟ୍ ଏବଂ ସିଲିକନ୍ କାର୍ବାଇଡ୍ ଉତ୍ପାଦ ମଧ୍ୟ ଯୋଗାଇଥାଉ, ଯାହା ଅକ୍ସିଡେସନ୍, ପ୍ରସାରଣ ଏବଂ ଆନିଲିଂ ଭଳି ୱେଫର ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣରେ ବ୍ୟାପକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ।

ଅଧିକ ଆଲୋଚନା ପାଇଁ ସାରା ବିଶ୍ୱର ଯେକୌଣସି ଗ୍ରାହକଙ୍କୁ ଆମ ପାଖକୁ ଆସିବାକୁ ସ୍ୱାଗତ!

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