நுண்துளை சிலிக்கான் கார்பன் கூட்டுப் பொருட்களின் தயாரிப்பு மற்றும் செயல்திறன் மேம்பாடு

லித்தியம்-அயன் பேட்டரிகள் முக்கியமாக அதிக ஆற்றல் அடர்த்தியின் திசையில் உருவாகின்றன. அறை வெப்பநிலையில், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்கள் லித்தியத்துடன் இணைந்து லித்தியம் நிறைந்த தயாரிப்பு Li3.75Si கட்டத்தை உருவாக்குகின்றன, இது 3572 mAh/g வரை குறிப்பிட்ட திறன் கொண்டது, இது கிராஃபைட் எதிர்மறை மின்முனையின் கோட்பாட்டு குறிப்பிட்ட திறன் 372 mAh/g ஐ விட மிக அதிகம். இருப்பினும், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களை மீண்டும் மீண்டும் சார்ஜ் செய்து வெளியேற்றும் போது, ​​Si மற்றும் Li3.75Si இன் கட்ட மாற்றம் மிகப்பெரிய அளவு விரிவாக்கத்தை (சுமார் 300%) உருவாக்கலாம், இது மின்முனைப் பொருட்களின் கட்டமைப்பு பொடி மற்றும் SEI படத்தின் தொடர்ச்சியான உருவாக்கத்திற்கு வழிவகுக்கும், மேலும் இறுதியாக திறன் விரைவாகக் குறைய வழிவகுக்கும். இந்தத் தொழில் முக்கியமாக சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் செயல்திறனையும், நானோ-அளவிடுதல், கார்பன் பூச்சு, துளை உருவாக்கம் மற்றும் பிற தொழில்நுட்பங்கள் மூலம் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் நிலைத்தன்மையையும் மேம்படுத்துகிறது.

கார்பன் பொருட்கள் நல்ல கடத்துத்திறன், குறைந்த விலை மற்றும் பரந்த மூலங்களைக் கொண்டுள்ளன. அவை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் கடத்துத்திறன் மற்றும் மேற்பரப்பு நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்தலாம். அவை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைகளுக்கு செயல்திறன் மேம்பாட்டு சேர்க்கைகளாக முன்னுரிமையாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. சிலிக்கான்-கார்பன் பொருட்கள் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைகளின் முக்கிய வளர்ச்சி திசையாகும். கார்பன் பூச்சு சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் மேற்பரப்பு நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்த முடியும், ஆனால் சிலிக்கான் தொகுதி விரிவாக்கத்தைத் தடுக்கும் அதன் திறன் பொதுவானது மற்றும் சிலிக்கான் தொகுதி விரிவாக்கத்தின் சிக்கலை தீர்க்க முடியாது. எனவே, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்த, நுண்துளை கட்டமைப்புகள் கட்டமைக்கப்பட வேண்டும். பந்து அரைத்தல் என்பது நானோ பொருட்களை தயாரிப்பதற்கான ஒரு தொழில்மயமாக்கப்பட்ட முறையாகும். கலப்புப் பொருளின் வடிவமைப்புத் தேவைகளுக்கு ஏற்ப பந்து அரைத்தல் மூலம் பெறப்பட்ட குழம்பில் வெவ்வேறு சேர்க்கைகள் அல்லது பொருள் கூறுகளைச் சேர்க்கலாம். குழம்பு பல்வேறு குழம்புகள் மூலம் சமமாக சிதறடிக்கப்பட்டு தெளிக்கப்படுகிறது. உடனடி உலர்த்தும் செயல்பாட்டின் போது, ​​குழம்பில் உள்ள நானோ துகள்கள் மற்றும் பிற கூறுகள் தன்னிச்சையாக நுண்துளை கட்டமைப்பு பண்புகளை உருவாக்கும். இந்த காகிதம் நுண்துளை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களைத் தயாரிக்க தொழில்மயமாக்கப்பட்ட மற்றும் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த பந்து அரைத்தல் மற்றும் தெளிப்பு உலர்த்தும் தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகிறது.

சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் செயல்திறனை, சிலிக்கான் நானோ பொருட்களின் உருவவியல் மற்றும் விநியோக பண்புகளை ஒழுங்குபடுத்துவதன் மூலம் மேம்படுத்தலாம். தற்போது, ​​சிலிக்கான் நானோரோடுகள், நுண்துளை கிராஃபைட் உட்பொதிக்கப்பட்ட நானோசிலிகான், கார்பன் கோளங்களில் விநியோகிக்கப்படும் நானோசிலிகான், சிலிக்கான்/கிராபீன் வரிசை நுண்துளை கட்டமைப்புகள் போன்ற பல்வேறு உருவவியல் மற்றும் விநியோக பண்புகளைக் கொண்ட சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்கள் தயாரிக்கப்பட்டுள்ளன. அதே அளவில், நானோ துகள்களுடன் ஒப்பிடும்போது, ​​நானோஷீட்கள் தொகுதி விரிவாக்கத்தால் ஏற்படும் நொறுக்கும் சிக்கலை சிறப்பாக அடக்க முடியும், மேலும் பொருள் அதிக சுருக்க அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது. நானோஷீட்களின் ஒழுங்கற்ற அடுக்கி வைப்பு ஒரு நுண்துளை அமைப்பையும் உருவாக்கலாம். சிலிக்கான் எதிர்மறை மின்முனை பரிமாற்றக் குழுவில் சேர. சிலிக்கான் பொருட்களின் தொகுதி விரிவாக்கத்திற்கான இடையக இடத்தை வழங்கவும். கார்பன் நானோகுழாய்களை (CNTகள்) அறிமுகப்படுத்துவது பொருளின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துவது மட்டுமல்லாமல், அதன் ஒரு பரிமாண உருவவியல் பண்புகள் காரணமாக பொருளின் நுண்துளை கட்டமைப்புகளை உருவாக்குவதையும் ஊக்குவிக்கும். சிலிக்கான் நானோஷீட்கள் மற்றும் CNTகளால் கட்டமைக்கப்பட்ட நுண்துளை கட்டமைப்புகள் குறித்து எந்த அறிக்கையும் இல்லை. இந்த ஆய்வறிக்கை தொழில்துறை ரீதியாக பொருந்தக்கூடிய பந்து அரைத்தல், அரைத்தல் மற்றும் சிதறல், தெளிப்பு உலர்த்துதல், கார்பன் முன்-பூச்சு மற்றும் கால்சினேஷன் முறைகளை ஏற்றுக்கொள்கிறது, மேலும் சிலிக்கான் நானோஷீட்கள் மற்றும் CNT களின் சுய-அசெம்பிளி மூலம் உருவாக்கப்பட்ட நுண்துளை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களைத் தயாரிப்பதற்கான தயாரிப்பு செயல்பாட்டில் நுண்துளை ஊக்குவிப்பாளர்களை அறிமுகப்படுத்துகிறது. தயாரிப்பு செயல்முறை எளிமையானது, சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்தது, மேலும் கழிவு திரவம் அல்லது கழிவு எச்சங்கள் எதுவும் உருவாக்கப்படவில்லை. சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் கார்பன் பூச்சு குறித்து பல இலக்கிய அறிக்கைகள் உள்ளன, ஆனால் பூச்சு விளைவு குறித்து சில ஆழமான விவாதங்கள் உள்ளன. இந்த ஆய்வறிக்கை நிலக்கீலை கார்பன் மூலமாகப் பயன்படுத்தி பூச்சு விளைவு மற்றும் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் செயல்திறன் ஆகியவற்றில் இரண்டு கார்பன் பூச்சு முறைகள், திரவ கட்ட பூச்சு மற்றும் திட கட்ட பூச்சு ஆகியவற்றின் விளைவுகளை ஆராயும்.

1 பரிசோதனை

1.1 பொருள் தயாரிப்பு

நுண்துளை சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருட்களைத் தயாரிப்பதில் முக்கியமாக ஐந்து படிகள் உள்ளன: பந்து அரைத்தல், அரைத்தல் மற்றும் சிதறல், தெளிப்பு உலர்த்துதல், கார்பன் முன் பூச்சு மற்றும் கார்பனேற்றம். முதலில், 500 கிராம் ஆரம்ப சிலிக்கான் பொடியை (உள்நாட்டு, 99.99% தூய்மை) எடைபோட்டு, 2000 கிராம் ஐசோப்ரோபனாலைச் சேர்த்து, நானோ-அளவிலான சிலிக்கான் குழம்பைப் பெற 24 மணிநேரத்திற்கு 2000 r/min பந்து அரைக்கும் வேகத்தில் ஈரமான பந்து அரைத்தல் செய்யவும். பெறப்பட்ட சிலிக்கான் குழம்பு ஒரு சிதறல் பரிமாற்ற தொட்டிக்கு மாற்றப்படுகிறது, மேலும் சிலிக்கானின் நிறை விகிதத்தின்படி பொருட்கள் சேர்க்கப்படுகின்றன: கிராஃபைட் (ஷாங்காயில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது, பேட்டரி தரம்): கார்பன் நானோகுழாய்கள் (டியான்ஜினில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது, பேட்டரி தரம்): பாலிவினைல் பைரோலிடோன் (டியான்ஜினில் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது, பகுப்பாய்வு தரம்) = 40:60:1.5:2. திட உள்ளடக்கத்தை சரிசெய்ய ஐசோப்ரோபனால் பயன்படுத்தப்படுகிறது, மேலும் திட உள்ளடக்கம் 15% ஆக வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. அரைத்தல் மற்றும் சிதறல் 4 மணிநேரத்திற்கு 3500 r/min சிதறல் வேகத்தில் செய்யப்படுகிறது. CNT-களைச் சேர்க்காமல் குழம்புகளின் மற்றொரு குழு ஒப்பிடப்படுகிறது, மற்ற பொருட்கள் ஒரே மாதிரியானவை. பெறப்பட்ட சிதறடிக்கப்பட்ட குழம்பு பின்னர் ஒரு தெளிப்பு உலர்த்தும் தீவன தொட்டிக்கு மாற்றப்படுகிறது, மேலும் நைட்ரஜன் பாதுகாக்கப்பட்ட வளிமண்டலத்தில் தெளிப்பு உலர்த்துதல் செய்யப்படுகிறது, உள்வரும் மற்றும் வெளியேறும் வெப்பநிலை முறையே 180 மற்றும் 90 °C ஆகும். பின்னர் இரண்டு வகையான கார்பன் பூச்சு ஒப்பிடப்பட்டது, திட கட்ட பூச்சு மற்றும் திரவ கட்ட பூச்சு. திட கட்ட பூச்சு முறை: தெளிப்பு-உலர்ந்த தூள் 20% நிலக்கீல் பொடியுடன் கலக்கப்படுகிறது (கொரியாவில் தயாரிக்கப்பட்டது, D50 5 μm), ஒரு இயந்திர கலவையில் 10 நிமிடங்கள் கலக்கப்படுகிறது, மேலும் கலவை வேகம் 2000 r/min ஆகும், இதன் மூலம் முன் பூசப்பட்ட தூளைப் பெறலாம். திரவ கட்ட பூச்சு முறை: தெளிப்பு-உலர்ந்த தூள் 55% திட உள்ளடக்கத்தில் தூளில் கரைக்கப்பட்ட 20% நிலக்கீல் கொண்ட சைலீன் கரைசலில் (தியான்ஜினில் தயாரிக்கப்பட்டது, பகுப்பாய்வு தரம்) சேர்க்கப்படுகிறது, மேலும் வெற்றிடம் சமமாக கிளறப்படுகிறது. வெற்றிட அடுப்பில் 85°C வெப்பநிலையில் 4 மணிநேரம் சுடவும், கலக்க ஒரு இயந்திர மிக்சியில் வைக்கவும், கலவை வேகம் 2000 r/min ஆகும், மேலும் முன்-பூசப்பட்ட தூளைப் பெற கலவை நேரம் 10 நிமிடங்கள் ஆகும். இறுதியாக, முன்-பூசப்பட்ட தூள் ஒரு சுழலும் சூளையில் நைட்ரஜன் வளிமண்டலத்தின் கீழ் 5°C/min வெப்ப விகிதத்தில் சுடப்பட்டது. இது முதலில் 550°C நிலையான வெப்பநிலையில் 2 மணிநேரம் வைக்கப்பட்டு, பின்னர் 800°C வரை தொடர்ந்து வெப்பப்படுத்தப்பட்டு 2 மணிநேரம் நிலையான வெப்பநிலையில் வைக்கப்பட்டு, பின்னர் இயற்கையாகவே 100°C க்கும் குறைவாக குளிர்விக்கப்பட்டு சிலிக்கான்-கார்பன் கலவைப் பொருளைப் பெற வெளியேற்றப்படுகிறது.

1.2 குணாதிசய முறைகள்

பொருளின் துகள் அளவு பரவல் ஒரு துகள் அளவு சோதனையாளரைப் பயன்படுத்தி பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது (Mastersizer 2000 பதிப்பு, UK இல் தயாரிக்கப்பட்டது). ஒவ்வொரு படியிலும் பெறப்பட்ட பொடிகள், பொடிகளின் உருவவியல் மற்றும் அளவை ஆராய ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (Regulus8220, ஜப்பானில் தயாரிக்கப்பட்டது) மூலம் சோதிக்கப்பட்டன. பொருளின் கட்ட அமைப்பு ஒரு எக்ஸ்-ரே பவுடர் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் பகுப்பாய்வி (D8 ADVANCE, ஜெர்மனியில் தயாரிக்கப்பட்டது) ஐப் பயன்படுத்தி பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது, மேலும் பொருளின் தனிம கலவை ஒரு ஆற்றல் நிறமாலை பகுப்பாய்வியைப் பயன்படுத்தி பகுப்பாய்வு செய்யப்பட்டது. பெறப்பட்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலவை பொருள் மாதிரி CR2032 இன் பொத்தான் அரை-செல்லை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டது, மேலும் சிலிக்கான்-கார்பன்: SP: CNT: CMC: SBR இன் நிறை விகிதம் 92:2:2:1.5:2.5 ஆகும். எதிர் மின்முனை ஒரு உலோக லித்தியம் தாள், எலக்ட்ரோலைட் ஒரு வணிக எலக்ட்ரோலைட் (மாடல் 1901, கொரியாவில் தயாரிக்கப்பட்டது), செல்கார்ட் 2320 டயாபிராம் பயன்படுத்தப்படுகிறது, சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் மின்னழுத்த வரம்பு 0.005-1.5 V, சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் மின்னோட்டம் 0.1 C (1C = 1A), மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் கட்-ஆஃப் மின்னோட்டம் 0.05 C ஆகும்.

சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருட்களின் செயல்திறனை மேலும் ஆராய, லேமினேட் செய்யப்பட்ட சிறிய மென்மையான-பேக் பேட்டரி 408595 தயாரிக்கப்பட்டது. நேர்மறை மின்முனை NCM811 (ஹுனான், பேட்டரி தரத்தில் தயாரிக்கப்பட்டது) ஐப் பயன்படுத்துகிறது, மேலும் எதிர்மறை மின்முனை கிராஃபைட் 8% சிலிக்கான்-கார்பன் பொருளால் டோப் செய்யப்படுகிறது. நேர்மறை மின்முனை குழம்பு சூத்திரம் 96% NCM811, 1.2% பாலிவினைலைடின் ஃப்ளோரைடு (PVDF), 2% கடத்தும் முகவர் SP, 0.8% CNT, மற்றும் NMP ஒரு சிதறலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது; எதிர்மறை மின்முனை குழம்பு சூத்திரம் 96% கூட்டு எதிர்மறை மின்முனை பொருள், 1.3% CMC, 1.5% SBR 1.2% CNT, மற்றும் நீர் ஒரு சிதறலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கிளறிய பிறகு, பூச்சு, உருட்டல், வெட்டுதல், லேமினேஷன், டேப் வெல்டிங், பேக்கேஜிங், பேக்கிங், திரவ ஊசி, உருவாக்கம் மற்றும் திறன் பிரிவு, 3 Ah மதிப்பிடப்பட்ட திறன் கொண்ட 408595 லேமினேட் செய்யப்பட்ட சிறிய மென்மையான பேக் பேட்டரிகள் தயாரிக்கப்பட்டன. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C மற்றும் 3C இன் வீத செயல்திறன் மற்றும் 0.5C சார்ஜ் மற்றும் 1C வெளியேற்றத்தின் சுழற்சி செயல்திறன் சோதிக்கப்பட்டது. சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்ற மின்னழுத்த வரம்பு 2.8-4.2 V, நிலையான மின்னோட்டம் மற்றும் நிலையான மின்னழுத்த சார்ஜிங், மற்றும் கட்-ஆஃப் மின்னோட்டம் 0.5C ஆகும்.

2 முடிவுகள் மற்றும் விவாதம்

ஆரம்ப சிலிக்கான் தூளை ஸ்கேனிங் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி (SEM) மூலம் காணப்பட்டது. படம் 1(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, சிலிக்கான் தூள் 2μm க்கும் குறைவான துகள் அளவுடன் ஒழுங்கற்ற முறையில் துகள் வடிவமாக இருந்தது. பந்து அரைத்தலுக்குப் பிறகு, சிலிக்கான் தூளின் அளவு சுமார் 100 nm ஆகக் கணிசமாகக் குறைக்கப்பட்டது [படம் 1(b)]. துகள் அளவு சோதனை, பந்து அரைத்தலுக்குப் பிறகு சிலிக்கான் தூளின் D50 110 nm ஆகவும், D90 175 nm ஆகவும் இருப்பதைக் காட்டியது. பந்து அரைத்தலுக்குப் பிறகு சிலிக்கான் தூளின் உருவ அமைப்பை கவனமாக ஆய்வு செய்தால் ஒரு செதில் கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது (செதில் கட்டமைப்பின் உருவாக்கம் பின்னர் குறுக்குவெட்டு SEM இலிருந்து மேலும் சரிபார்க்கப்படும்). எனவே, துகள் அளவு சோதனையிலிருந்து பெறப்பட்ட D90 தரவு நானோஷீட்டின் நீள பரிமாணமாக இருக்க வேண்டும். SEM முடிவுகளுடன் இணைந்து, பெறப்பட்ட நானோஷீட்டின் அளவு குறைந்தபட்சம் ஒரு பரிமாணத்தில் சார்ஜ் செய்து வெளியேற்றும் போது சிலிக்கான் தூள் உடைந்ததன் 150 nm இன் முக்கியமான மதிப்பை விட சிறியது என்று தீர்மானிக்க முடியும். படிக சிலிக்கானின் படிகத் தளங்களின் வெவ்வேறு விலகல் ஆற்றல்களால் செதில் உருவவியல் உருவாக்கம் முக்கியமாக ஏற்படுகிறது, அவற்றில் சிலிக்கானின் {111} தளம் {100} மற்றும் {110} படிகத் தளங்களை விடக் குறைந்த விலகல் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, இந்தப் படிகத் தளம் பந்து அரைப்பதன் மூலம் எளிதில் மெலிந்து, இறுதியாக ஒரு சீரற்ற அமைப்பை உருவாக்குகிறது. சீரற்ற அமைப்பு தளர்வான கட்டமைப்புகளின் குவிப்புக்கு உகந்தது, சிலிக்கானின் அளவு விரிவாக்கத்திற்கான இடத்தை ஒதுக்குகிறது மற்றும் பொருளின் நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்துகிறது.

நானோ-சிலிக்கான், CNT மற்றும் கிராஃபைட் ஆகியவற்றைக் கொண்ட குழம்பு தெளிக்கப்பட்டது, மேலும் தெளிப்பதற்கு முன்னும் பின்னும் தூள் SEM ஆல் ஆய்வு செய்யப்பட்டது. முடிவுகள் படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. தெளிப்பதற்கு முன் சேர்க்கப்பட்ட கிராஃபைட் மேட்ரிக்ஸ் 5 முதல் 20 μm அளவுள்ள ஒரு பொதுவான செதில் அமைப்பாகும் [படம் 2(a)]. கிராஃபைட்டின் துகள் அளவு விநியோக சோதனை D50 15μm என்பதைக் காட்டுகிறது. தெளித்த பிறகு பெறப்பட்ட தூள் ஒரு கோள உருவ அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது [படம் 2(b)], மேலும் தெளித்த பிறகு பூச்சு அடுக்கு மூலம் கிராஃபைட் பூசப்பட்டிருப்பதைக் காணலாம். தெளித்த பிறகு தூளின் D50 26.2 μm ஆகும். இரண்டாம் நிலை துகள்களின் உருவவியல் பண்புகள் SEM ஆல் கவனிக்கப்பட்டன, இது நானோ பொருட்களால் திரட்டப்பட்ட தளர்வான நுண்துளை அமைப்பின் பண்புகளைக் காட்டுகிறது [படம் 2(c)]. நுண்துளை அமைப்பு சிலிக்கான் நானோஷீட்கள் மற்றும் CNT களால் ஒன்றோடொன்று பின்னிப் பிணைந்துள்ளது [படம் 2(d)], மேலும் சோதனை குறிப்பிட்ட மேற்பரப்பு பகுதி (BET) 53.3 மீ2/கிராம் வரை அதிகமாக உள்ளது. எனவே, தெளித்த பிறகு, சிலிக்கான் நானோஷீட்கள் மற்றும் CNTகள் சுயமாக ஒன்றுகூடி ஒரு நுண்துளை அமைப்பை உருவாக்குகின்றன.

நுண்துளை அடுக்கு திரவ கார்பன் பூச்சுடன் சிகிச்சையளிக்கப்பட்டது, மேலும் கார்பன் பூச்சு முன்னோடி சுருதி மற்றும் கார்பனைசேஷனை சேர்த்த பிறகு, SEM கண்காணிப்பு மேற்கொள்ளப்பட்டது. முடிவுகள் படம் 3 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. கார்பன் முன் பூச்சுக்குப் பிறகு, இரண்டாம் நிலை துகள்களின் மேற்பரப்பு மென்மையாகி, வெளிப்படையான பூச்சு அடுக்குடன், பூச்சு முழுமையானது, படங்கள் 3(a) மற்றும் (b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. கார்பனைசேஷனுக்குப் பிறகு, மேற்பரப்பு பூச்சு அடுக்கு ஒரு நல்ல பூச்சு நிலையைப் பராமரிக்கிறது [படம் 3(c)]. கூடுதலாக, குறுக்குவெட்டு SEM படம் துண்டு வடிவ நானோ துகள்களைக் காட்டுகிறது [படம் 3(d)], இது நானோஷீட்களின் உருவவியல் பண்புகளுடன் ஒத்துப்போகிறது, இது பந்து அரைத்தலுக்குப் பிறகு சிலிக்கான் நானோஷீட்களின் உருவாக்கத்தை மேலும் சரிபார்க்கிறது. கூடுதலாக, படம் 3(d) சில நானோஷீட்களுக்கு இடையில் நிரப்பிகள் இருப்பதைக் காட்டுகிறது. இது முக்கியமாக திரவ கட்ட பூச்சு முறையைப் பயன்படுத்துவதால் ஏற்படுகிறது. நிலக்கீல் கரைசல் பொருளுக்குள் ஊடுருவி, உள் சிலிக்கான் நானோஷீட்களின் மேற்பரப்பு ஒரு கார்பன் பூச்சு பாதுகாப்பு அடுக்கைப் பெறுகிறது. எனவே, திரவ கட்ட பூச்சு பயன்படுத்துவதன் மூலம், இரண்டாம் நிலை துகள் பூச்சு விளைவைப் பெறுவதோடு கூடுதலாக, முதன்மை துகள் பூச்சுகளின் இரட்டை கார்பன் பூச்சு விளைவையும் பெறலாம். கார்பனேற்றப்பட்ட தூள் BET ஆல் சோதிக்கப்பட்டது, மேலும் சோதனை முடிவு 22.3 மீ2/கிராம் ஆகும்.

கார்பனேற்றப்பட்ட தூள் குறுக்குவெட்டு ஆற்றல் நிறமாலை பகுப்பாய்விற்கு (EDS) உட்படுத்தப்பட்டது, மேலும் முடிவுகள் படம் 4(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. மைக்ரான் அளவிலான மையமானது கிராஃபைட் மேட்ரிக்ஸுடன் தொடர்புடைய C கூறு ஆகும், மேலும் வெளிப்புற பூச்சு சிலிக்கான் மற்றும் ஆக்ஸிஜனைக் கொண்டுள்ளது. சிலிக்கானின் கட்டமைப்பை மேலும் ஆராய, ஒரு எக்ஸ்-ரே டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் (XRD) சோதனை செய்யப்பட்டது, மேலும் முடிவுகள் படம் 4(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. இந்த பொருள் முக்கியமாக கிராஃபைட் மற்றும் ஒற்றை-படிக சிலிக்கானால் ஆனது, வெளிப்படையான சிலிக்கான் ஆக்சைடு பண்புகள் எதுவும் இல்லை, இது ஆற்றல் நிறமாலை சோதனையின் ஆக்ஸிஜன் கூறு முக்கியமாக சிலிக்கான் மேற்பரப்பின் இயற்கையான ஆக்சிஜனேற்றத்திலிருந்து வருகிறது என்பதைக் குறிக்கிறது. சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்பு பொருள் S1 ஆக பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது.

தயாரிக்கப்பட்ட சிலிக்கான்-கார்பன் பொருள் S1, பொத்தான்-வகை அரை-செல் உற்பத்தி மற்றும் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் சோதனைகளுக்கு உட்படுத்தப்பட்டது. முதல் சார்ஜ்-டிஸ்சார்ஜ் வளைவு படம் 5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. மீளக்கூடிய குறிப்பிட்ட திறன் 1000.8 mAh/g ஆகும், மேலும் முதல் சுழற்சி செயல்திறன் 93.9% வரை அதிகமாக உள்ளது, இது இலக்கியத்தில் தெரிவிக்கப்பட்ட முன்-லித்தியேஷன் இல்லாத பெரும்பாலான சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் முதல் செயல்திறனை விட அதிகமாகும். உயர் முதல் செயல்திறன், தயாரிக்கப்பட்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலவை பொருள் அதிக நிலைத்தன்மையைக் கொண்டுள்ளது என்பதைக் குறிக்கிறது. சிலிக்கான்-கார்பன் பொருட்களின் நிலைத்தன்மையில் நுண்துளை அமைப்பு, கடத்தும் வலையமைப்பு மற்றும் கார்பன் பூச்சு ஆகியவற்றின் விளைவுகளைச் சரிபார்க்க, CNT ஐச் சேர்க்காமல் மற்றும் முதன்மை கார்பன் பூச்சு இல்லாமல் இரண்டு வகையான சிலிக்கான்-கார்பன் பொருட்கள் தயாரிக்கப்பட்டன.

CNT சேர்க்காமல் சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருளின் கார்பனேற்றப்பட்ட பொடியின் உருவவியல் படம் 6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. திரவ கட்ட பூச்சு மற்றும் கார்பனேற்றத்திற்குப் பிறகு, படம் 6(a) இல் இரண்டாம் நிலை துகள்களின் மேற்பரப்பில் ஒரு பூச்சு அடுக்கை தெளிவாகக் காணலாம். கார்பனேற்றப்பட்ட பொருளின் குறுக்குவெட்டு SEM படம் 6(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. சிலிக்கான் நானோஷீட்களை அடுக்கி வைப்பது நுண்துளை பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் BET சோதனை 16.6 மீ2/கிராம் ஆகும். இருப்பினும், CNT உடன் ஒப்பிடும்போது [படம் 3(d) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, அதன் கார்பனேற்றப்பட்ட பொடியின் BET சோதனை 22.3 மீ2/கிராம் ஆகும்], உள் நானோ-சிலிக்கான் அடுக்கி வைப்பு அடர்த்தி அதிகமாக உள்ளது, இது CNT ஐச் சேர்ப்பது நுண்துளை அமைப்பை உருவாக்குவதை ஊக்குவிக்கும் என்பதைக் குறிக்கிறது. கூடுதலாக, பொருளில் CNT ஆல் கட்டமைக்கப்பட்ட முப்பரிமாண கடத்தும் வலையமைப்பு இல்லை. சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருள் S2 ஆக பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது.

திட-கட்ட கார்பன் பூச்சு மூலம் தயாரிக்கப்பட்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருளின் உருவவியல் பண்புகள் படம் 7 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. கார்பனேற்றத்திற்குப் பிறகு, படம் 7(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, மேற்பரப்பில் ஒரு வெளிப்படையான பூச்சு அடுக்கு உள்ளது. படம் 7(b) குறுக்குவெட்டில் துண்டு வடிவ நானோ துகள்கள் இருப்பதைக் காட்டுகிறது, இது நானோதாள்களின் உருவவியல் பண்புகளுக்கு ஒத்திருக்கிறது. நானோதாள்களின் குவிப்பு ஒரு நுண்துளை அமைப்பை உருவாக்குகிறது. உள் நானோதாள்களின் மேற்பரப்பில் வெளிப்படையான நிரப்பு இல்லை, இது திட-கட்ட கார்பன் பூச்சு ஒரு நுண்துளை அமைப்புடன் கூடிய கார்பன் பூச்சு அடுக்கை மட்டுமே உருவாக்குகிறது, மேலும் சிலிக்கான் நானோதாள்களுக்கு உள் பூச்சு அடுக்கு இல்லை என்பதைக் குறிக்கிறது. இந்த சிலிக்கான்-கார்பன் கலப்புப் பொருள் S3 ஆக பதிவு செய்யப்பட்டுள்ளது.

S2 மற்றும் S3 இல் பொத்தான்-வகை அரை-செல் சார்ஜ் மற்றும் டிஸ்சார்ஜ் சோதனை நடத்தப்பட்டது. S2 இன் குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் முதல் செயல்திறன் முறையே 1120.2 mAh/g மற்றும் 84.8% ஆகவும், S3 இன் குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் முதல் செயல்திறன் முறையே 882.5 mAh/g மற்றும் 82.9% ஆகவும் இருந்தது. திட-கட்ட பூசப்பட்ட S3 மாதிரியின் குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் முதல் செயல்திறன் மிகக் குறைவாக இருந்தது, இது நுண்துளை கட்டமைப்பின் கார்பன் பூச்சு மட்டுமே செய்யப்பட்டது என்பதையும், உள் சிலிக்கான் நானோஷீட்களின் கார்பன் பூச்சு செய்யப்படவில்லை என்பதையும் குறிக்கிறது, இது சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருளின் குறிப்பிட்ட திறனுக்கு முழு பங்களிப்பை வழங்க முடியவில்லை மற்றும் சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருளின் மேற்பரப்பைப் பாதுகாக்க முடியவில்லை. CNT இல்லாத S2 மாதிரியின் முதல் செயல்திறன் CNT கொண்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலவைப் பொருளை விடக் குறைவாக இருந்தது, இது ஒரு நல்ல பூச்சு அடுக்கின் அடிப்படையில், கடத்தும் வலையமைப்பு மற்றும் அதிக அளவிலான நுண்துளை அமைப்பு சிலிக்கான்-கார்பன் பொருளின் சார்ஜ் மற்றும் வெளியேற்றத் திறனை மேம்படுத்துவதற்கு உகந்ததாக இருப்பதைக் குறிக்கிறது.

S1 சிலிக்கான்-கார்பன் பொருள், விகித செயல்திறன் மற்றும் சுழற்சி செயல்திறனை ஆராய ஒரு சிறிய மென்மையான-பேக் முழு பேட்டரியை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்பட்டது. வெளியேற்ற விகித வளைவு படம் 8(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. 0.2C, 0.5C, 1C, 2C மற்றும் 3C ஆகியவற்றின் வெளியேற்ற திறன்கள் முறையே 2.970, 2.999, 2.920, 2.176 மற்றும் 1.021 Ah ஆகும். 1C வெளியேற்ற விகிதம் 98.3% வரை அதிகமாக உள்ளது, ஆனால் 2C வெளியேற்ற விகிதம் 73.3% ஆகக் குறைகிறது, மேலும் 3C வெளியேற்ற விகிதம் 34.4% ஆகக் குறைகிறது. சிலிக்கான் எதிர்மறை மின்முனை பரிமாற்றக் குழுவில் சேர, தயவுசெய்து WeChat: shimobang ஐச் சேர்க்கவும். சார்ஜிங் விகிதத்தைப் பொறுத்தவரை, 0.2C, 0.5C, 1C, 2C மற்றும் 3C சார்ஜிங் திறன்கள் முறையே 3.186, 3.182, 3.081, 2.686 மற்றும் 2.289 Ah ஆகும். 1C சார்ஜிங் விகிதம் 96.7% ஆகும், மேலும் 2C சார்ஜிங் விகிதம் இன்னும் 84.3% ஐ அடைகிறது. இருப்பினும், படம் 8(b) இல் உள்ள சார்ஜிங் வளைவைக் கவனித்தால், 2C சார்ஜிங் தளம் 1C சார்ஜிங் தளத்தை விட கணிசமாக பெரியது, மேலும் அதன் நிலையான மின்னழுத்த சார்ஜிங் திறன் பெரும்பாலானவற்றை (55%) கொண்டுள்ளது, இது 2C ரீசார்ஜ் செய்யக்கூடிய பேட்டரியின் துருவமுனைப்பு ஏற்கனவே மிகப் பெரியது என்பதைக் குறிக்கிறது. சிலிக்கான்-கார்பன் பொருள் 1C இல் நல்ல சார்ஜிங் மற்றும் டிஸ்சார்ஜிங் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது, ஆனால் அதிக விகித செயல்திறனை அடைய பொருளின் கட்டமைப்பு பண்புகள் மேலும் மேம்படுத்தப்பட வேண்டும். படம் 9 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 450 சுழற்சிகளுக்குப் பிறகு, திறன் தக்கவைப்பு விகிதம் 78% ஆகும், இது நல்ல சுழற்சி செயல்திறனைக் காட்டுகிறது.

சுழற்சிக்கு முன்னும் பின்னும் மின்முனையின் மேற்பரப்பு நிலை SEM ஆல் ஆராயப்பட்டது, மேலும் முடிவுகள் படம் 10 இல் காட்டப்பட்டுள்ளன. சுழற்சிக்கு முன், கிராஃபைட் மற்றும் சிலிக்கான்-கார்பன் பொருட்களின் மேற்பரப்பு தெளிவாக உள்ளது [படம் 10(a)]; சுழற்சிக்குப் பிறகு, மேற்பரப்பில் ஒரு பூச்சு அடுக்கு வெளிப்படையாக உருவாக்கப்படுகிறது [படம் 10(b)], இது ஒரு தடிமனான SEI படலம். SEI பட கடினத்தன்மைசெயலில் உள்ள லித்தியம் நுகர்வு அதிகமாக உள்ளது, இது சுழற்சி செயல்திறனுக்கு உகந்ததல்ல. எனவே, ஒரு மென்மையான SEI படலத்தை உருவாக்குவதை ஊக்குவிப்பது (செயற்கை SEI படல கட்டுமானம், பொருத்தமான எலக்ட்ரோலைட் சேர்க்கைகளைச் சேர்ப்பது போன்றவை) சுழற்சி செயல்திறனை மேம்படுத்தலாம். சுழற்சிக்குப் பிறகு சிலிக்கான்-கார்பன் துகள்களின் குறுக்குவெட்டு SEM கண்காணிப்பு [படம் 10(c)] அசல் துண்டு வடிவ சிலிக்கான் நானோ துகள்கள் கரடுமுரடானதாகிவிட்டன என்பதையும், நுண்துளை அமைப்பு அடிப்படையில் நீக்கப்பட்டிருப்பதையும் காட்டுகிறது. இது முக்கியமாக சுழற்சியின் போது சிலிக்கான்-கார்பன் பொருளின் தொடர்ச்சியான தொகுதி விரிவாக்கம் மற்றும் சுருக்கம் காரணமாகும். எனவே, சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருளின் தொகுதி விரிவாக்கத்திற்கு போதுமான இடையக இடத்தை வழங்க நுண்துளை கட்டமைப்பை மேலும் மேம்படுத்த வேண்டும்.

3 முடிவுரை

சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் தொகுதி விரிவாக்கம், மோசமான கடத்துத்திறன் மற்றும் மோசமான இடைமுக நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றின் அடிப்படையில், இந்த ஆய்வறிக்கை சிலிக்கான் அடிப்படையிலான எதிர்மறை மின்முனைப் பொருட்களின் ஒட்டுமொத்த நிலைத்தன்மையை மேம்படுத்த, சிலிக்கான் நானோஷீட்களின் உருவவியல் வடிவமைப்பு, நுண்துளை கட்டமைப்பு கட்டுமானம், கடத்தும் நெட்வொர்க் கட்டுமானம் மற்றும் முழு இரண்டாம் நிலை துகள்களின் முழுமையான கார்பன் பூச்சு ஆகியவற்றிலிருந்து இலக்கு மேம்பாடுகளைச் செய்கிறது. சிலிக்கான் நானோஷீட்களின் குவிப்பு ஒரு நுண்துளை அமைப்பை உருவாக்க முடியும். CNT அறிமுகம் ஒரு நுண்துளை கட்டமைப்பை உருவாக்குவதை மேலும் ஊக்குவிக்கும். திரவ கட்ட பூச்சு மூலம் தயாரிக்கப்பட்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலவைப் பொருள் திட கட்ட பூச்சு மூலம் தயாரிக்கப்பட்டதை விட இரட்டை கார்பன் பூச்சு விளைவைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதிக குறிப்பிட்ட திறன் மற்றும் முதல் செயல்திறனை வெளிப்படுத்துகிறது. கூடுதலாக, CNT கொண்ட சிலிக்கான்-கார்பன் கலவைப் பொருளின் முதல் செயல்திறன் CNT இல்லாமல் இருப்பதை விட அதிகமாக உள்ளது, இது முக்கியமாக சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் தொகுதி விரிவாக்கத்தைத் தணிக்கும் நுண்துளை கட்டமைப்பின் திறனின் அதிக அளவு காரணமாகும். CNT அறிமுகம் ஒரு முப்பரிமாண கடத்தும் வலையமைப்பை உருவாக்கும், சிலிக்கான் அடிப்படையிலான பொருட்களின் கடத்துத்திறனை மேம்படுத்தும் மற்றும் 1C இல் நல்ல விகித செயல்திறனைக் காண்பிக்கும்; மேலும் பொருள் நல்ல சுழற்சி செயல்திறனைக் காட்டுகிறது. இருப்பினும், சிலிக்கானின் கன அளவு விரிவாக்கத்திற்கு போதுமான இடையக இடத்தை வழங்கவும், மென்மையான உருவாக்கத்தை ஊக்குவிக்கவும் பொருளின் நுண்துளை அமைப்பை மேலும் வலுப்படுத்த வேண்டும்.மற்றும் சிலிக்கான்-கார்பன் கலவைப் பொருளின் சுழற்சி செயல்திறனை மேலும் மேம்படுத்த அடர்த்தியான SEI படலம்.

ஆக்சிஜனேற்றம், பரவல் மற்றும் அனீலிங் போன்ற வேஃபர் செயலாக்கத்தில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் உயர்-தூய்மை கிராஃபைட் மற்றும் சிலிக்கான் கார்பைடு தயாரிப்புகளையும் நாங்கள் வழங்குகிறோம்.

மேலும் கலந்துரையாடலுக்காக உலகம் முழுவதிலுமிருந்து வரும் எந்த வாடிக்கையாளர்களையும் எங்களை சந்திக்க வரவேற்கிறோம்!

https://www.vet-china.com/ தமிழ்