غیر محفوظ سلکان کاربن مرکب مواد کی تیاری اور کارکردگی میں بہتری

لتیم آئن بیٹریاں بنیادی طور پر اعلی توانائی کی کثافت کی سمت میں ترقی کر رہی ہیں۔ کمرے کے درجہ حرارت پر، لتیم سے بھرپور مصنوعات Li3.75Si فیز تیار کرنے کے لیے لتیم کے ساتھ سلکان پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کا مرکب، جس کی مخصوص صلاحیت 3572 mAh/g تک ہے، جو کہ گریفائٹ منفی الیکٹروڈ 372 کی نظریاتی مخصوص صلاحیت سے بہت زیادہ ہے۔ mAh/g تاہم، سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کے بار بار چارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کے دوران، Si اور Li3.75Si کے فیز ٹرانسفارمیشن سے بڑے حجم میں توسیع (تقریباً 300%) ہو سکتی ہے، جو الیکٹروڈ مواد کی ساختی پاؤڈرنگ اور مسلسل تشکیل کا باعث بنے گی۔ SEI فلم، اور آخر میں تیزی سے ڈراپ کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے. صنعت بنیادی طور پر سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کی کارکردگی اور نینو سائزنگ، کاربن کوٹنگ، تاکنا کی تشکیل اور دیگر ٹیکنالوجیز کے ذریعے سلکان پر مبنی بیٹریوں کے استحکام کو بہتر بناتی ہے۔

کاربن مواد میں اچھی چالکتا، کم قیمت اور وسیع ذرائع ہوتے ہیں۔ وہ سلکان پر مبنی مواد کی چالکتا اور سطح کے استحکام کو بہتر بنا سکتے ہیں۔ وہ ترجیحی طور پر سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ کے لیے کارکردگی میں بہتری کے اضافے کے طور پر استعمال ہوتے ہیں۔ سلیکن کاربن مواد سلکان پر مبنی منفی الیکٹروڈ کی مرکزی دھارے کی ترقی کی سمت ہیں۔ کاربن کوٹنگ سلکان پر مبنی مواد کی سطح کے استحکام کو بہتر بنا سکتی ہے، لیکن اس کی سلکان حجم کی توسیع کو روکنے کی صلاحیت عام ہے اور یہ سلیکون حجم کی توسیع کا مسئلہ حل نہیں کر سکتی۔ لہذا، سلکان پر مبنی مواد کے استحکام کو بہتر بنانے کے لئے، غیر محفوظ ڈھانچے کی تعمیر کی ضرورت ہے. گیند کی گھسائی کرنے والی نینو میٹریلز کی تیاری کا ایک صنعتی طریقہ ہے۔ مرکب مواد کی ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق بال ملنگ کے ذریعے حاصل کی گئی سلوری میں مختلف اضافی اشیاء یا مادی اجزاء شامل کیے جا سکتے ہیں۔ گارا مختلف slurries اور سپرے خشک کے ذریعے یکساں طور پر منتشر کیا جاتا ہے. فوری طور پر خشک ہونے کے عمل کے دوران، گارے میں موجود نینو پارٹیکلز اور دیگر اجزاء بے ساختہ غیر محفوظ ساختی خصوصیات بنائیں گے۔ یہ کاغذ صنعتی اور ماحول دوست بال ملنگ اور اسپرے خشک کرنے والی ٹیکنالوجی کا استعمال کرتا ہے تاکہ غیر محفوظ سلکان پر مبنی مواد تیار کیا جا سکے۔

سلکان پر مبنی مواد کی کارکردگی کو بھی سلیکون نینو میٹریلز کی شکل اور تقسیم کی خصوصیات کو منظم کرکے بہتر بنایا جا سکتا ہے۔ اس وقت، مختلف شکلوں اور تقسیم کی خصوصیات کے ساتھ سلیکون پر مبنی مواد تیار کیے گئے ہیں، جیسے کہ سلکان نینوروڈس، غیر محفوظ گریفائٹ ایمبیڈڈ نانو سیلیکون، کاربن کے دائروں میں تقسیم شدہ نانوسیلیکون، سلیکون/گرافین کے غیر محفوظ ڈھانچے، وغیرہ۔ اسی پیمانے پر، نینو پارٹیکلز کے مقابلے , nanosheets بہتر حجم کی وجہ سے کرشنگ مسئلہ کو دبا سکتا ہے توسیع، اور مواد ایک اعلی کومپیکشن کثافت ہے. نانو شیٹس کی بے ترتیب اسٹیکنگ بھی غیر محفوظ ڈھانچہ تشکیل دے سکتی ہے۔ سلکان منفی الیکٹروڈ ایکسچینج گروپ میں شامل ہونے کے لیے۔ سلکان مواد کے حجم کی توسیع کے لیے بفر کی جگہ فراہم کریں۔ کاربن نانوٹوبس (CNTs) کا تعارف نہ صرف مواد کی چالکتا کو بہتر بنا سکتا ہے بلکہ اس کی یک جہتی مورفولوجیکل خصوصیات کی وجہ سے مواد کے غیر محفوظ ڈھانچے کی تشکیل کو بھی فروغ دیتا ہے۔ سلیکون نانوشیٹس اور سی این ٹی کے ذریعہ تعمیر کردہ غیر محفوظ ڈھانچے کے بارے میں کوئی رپورٹ نہیں ہے۔ یہ کاغذ صنعتی طور پر قابل اطلاق بال ملنگ، پیسنے اور بازی، سپرے خشک کرنے، کاربن پری کوٹنگ اور کیلکنیشن کے طریقوں کو اپناتا ہے، اور سلیکون نینو شیٹس کی خود اسمبلی کے ذریعے تشکیل شدہ غیر محفوظ سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد تیار کرنے کے لیے تیاری کے عمل میں غیر محفوظ پروموٹرز متعارف کرایا جاتا ہے۔ CNTs تیاری کا عمل آسان، ماحول دوست ہے، اور کوئی فضلہ مائع یا فضلہ کی باقیات پیدا نہیں ہوتی ہیں۔ سلکان پر مبنی مواد کی کاربن کوٹنگ کے بارے میں بہت ساری لٹریچر رپورٹس موجود ہیں، لیکن کوٹنگ کے اثر پر کچھ گہرائی سے بات چیت کی گئی ہے۔ یہ کاغذ کاربن کوٹنگ کے دو طریقوں، مائع فیز کوٹنگ اور ٹھوس فیز کوٹنگ، کوٹنگ کے اثر اور سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کی کارکردگی کے اثرات کی تحقیقات کے لیے اسفالٹ کو کاربن ماخذ کے طور پر استعمال کرتا ہے۔

1 تجربہ

1.1 مواد کی تیاری

غیر محفوظ سلکان کاربن مرکب مواد کی تیاری میں بنیادی طور پر پانچ مراحل شامل ہیں: گیند کی گھسائی، پیسنا اور بازی، سپرے خشک کرنا، کاربن پری کوٹنگ اور کاربنائزیشن۔ سب سے پہلے، ابتدائی سلکان پاؤڈر کا 500 جی وزن کریں (گھریلو، 99.99% پاکیزگی)، 2000 گرام آئسوپروپانول شامل کریں، اور نینو اسکیل سلی کون سلری حاصل کرنے کے لیے 2000 r/منٹ کی بال ملنگ کی رفتار سے گیلی بال ملنگ انجام دیں۔ حاصل کردہ سلیکون سلوری کو ڈسپریشن ٹرانسفر ٹینک میں منتقل کیا جاتا ہے، اور مواد کو سلکان کے بڑے تناسب کے مطابق شامل کیا جاتا ہے: گریفائٹ (شنگھائی میں تیار کیا جاتا ہے، بیٹری گریڈ): کاربن نانوٹوبس (تیانجن میں تیار کیا جاتا ہے، بیٹری گریڈ): پولی وینیل پائرولڈون (پیدا شدہ) تیانجن میں، تجزیاتی درجہ) = 40:60:1.5:2۔ Isopropanol ٹھوس مواد کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے، اور ٹھوس مواد کو 15% کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ پیسنے اور بازی 4 گھنٹے کے لیے 3500 r/منٹ کی بازی کی رفتار سے کی جاتی ہے۔ CNTs کو شامل کیے بغیر slurries کے ایک اور گروپ کا موازنہ کیا جاتا ہے، اور دیگر مواد ایک جیسے ہیں۔ حاصل شدہ منتشر گارا پھر ایک سپرے خشک کرنے والی فیڈنگ ٹینک میں منتقل کیا جاتا ہے، اور سپرے کو خشک کرنے کا عمل نائٹروجن سے محفوظ ماحول میں انجام دیا جاتا ہے، جس کے اندر اور آؤٹ لیٹ کا درجہ حرارت بالترتیب 180 اور 90 °C ہوتا ہے۔ پھر کاربن کوٹنگ کی دو اقسام کا موازنہ کیا گیا، ٹھوس فیز کوٹنگ اور مائع فیز کوٹنگ۔ ٹھوس فیز کوٹنگ کا طریقہ یہ ہے: سپرے خشک پاؤڈر کو 20% اسفالٹ پاؤڈر کے ساتھ ملایا جاتا ہے (کوریا میں بنایا گیا، D50 5 μm ہے)، مکینیکل مکسر میں 10 منٹ تک ملایا جاتا ہے، اور اختلاط کی رفتار 2000 r/min ہوتی ہے۔ پری لیپت پاؤڈر. مائع فیز کوٹنگ کا طریقہ یہ ہے: سپرے سے خشک پاؤڈر کو زائلین محلول میں شامل کیا جاتا ہے (تیانجن میں بنایا گیا، تجزیاتی گریڈ) جس میں 20% اسفالٹ پاؤڈر میں 55% کے ٹھوس مواد پر تحلیل ہوتا ہے، اور ویکیوم کو یکساں طور پر ہلایا جاتا ہے۔ ویکیوم اوون میں 85℃ پر 4 گھنٹے کے لیے بیک کریں، مکسنگ کے لیے مکینیکل مکسر میں ڈالیں، مکسنگ کی رفتار 2000 r/منٹ ہے، اور پہلے سے کوٹڈ پاؤڈر حاصل کرنے کے لیے مکسنگ کا وقت 10 منٹ ہے۔ آخر میں، پہلے سے لیپت پاؤڈر کو ایک روٹری بھٹے میں نائٹروجن ماحول کے تحت 5°C/منٹ کی حرارتی شرح پر کیلکائن کیا گیا تھا۔ اسے پہلے 2 گھنٹے کے لیے 550 ° C کے مستقل درجہ حرارت پر رکھا گیا، پھر 800 ° C تک گرم ہوتا رہا اور 2 گھنٹے تک مستقل درجہ حرارت پر رکھا گیا، اور پھر قدرتی طور پر 100 ° C سے نیچے ٹھنڈا کر کے سلکان کاربن حاصل کرنے کے لیے خارج کر دیا گیا۔ جامع مواد.

1.2 خصوصیت کے طریقے

مادے کی پارٹیکل سائز ڈسٹری بیوشن کا تجزیہ پارٹیکل سائز ٹیسٹر (Mastersizer 2000 ورژن، برطانیہ میں بنایا گیا) کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا۔ پاؤڈر کی شکل اور سائز کی جانچ کرنے کے لیے ہر مرحلے میں حاصل کیے گئے پاؤڈرز کو الیکٹران مائیکروسکوپی (Regulus8220، جاپان میں بنایا گیا) اسکین کرکے جانچا گیا۔ مواد کے فیز ڈھانچے کا تجزیہ ایکس رے پاؤڈر ڈفریکشن اینالائزر (D8 ADVANCE، جو جرمنی میں بنایا گیا تھا) کا استعمال کرتے ہوئے کیا گیا تھا، اور انرجی سپیکٹرم تجزیہ کار کے ذریعے مواد کی بنیادی ساخت کا تجزیہ کیا گیا تھا۔ حاصل کردہ سلکان کاربن مرکب مواد کو ماڈل CR2032 کا بٹن آدھا سیل بنانے کے لیے استعمال کیا گیا تھا، اور سلکان کاربن کا بڑے پیمانے پر تناسب: SP: CNT: CMC: SBR 92:2:2:1.5:2.5 تھا۔ کاؤنٹر الیکٹروڈ ایک دھاتی لیتھیم شیٹ ہے، الیکٹرولائٹ ایک تجارتی الیکٹرولائٹ ہے (ماڈل 1901، کوریا میں بنایا گیا ہے)، سیلگارڈ 2320 ڈایافرام استعمال کیا جاتا ہے، چارج اور ڈسچارج وولٹیج کی حد 0.005-1.5 V ہے، چارج اور ڈسچارج کرنٹ 0.1C ہے۔ (1C = 1A)، اور ڈسچارج کٹ آف کرنٹ 0.05 C ہے۔

سلکان کاربن مرکب مواد کی کارکردگی کی مزید تحقیقات کرنے کے لیے، پرتدار چھوٹی نرم پیک بیٹری 408595 بنائی گئی۔ مثبت الیکٹروڈ NCM811 (ہنان، بیٹری گریڈ میں بنایا گیا) استعمال کرتا ہے، اور منفی الیکٹروڈ گریفائٹ 8% سلکان کاربن مواد کے ساتھ ڈوپڈ ہے۔ مثبت الیکٹروڈ سلوری فارمولہ 96% NCM811، 1.2% پولی وینیلائیڈین فلورائڈ (PVDF)، 2% کنڈکٹیو ایجنٹ SP، 0.8% CNT، اور NMP کو ڈسپرسنٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ منفی الیکٹروڈ سلوری فارمولہ 96% جامع منفی الیکٹروڈ مواد، 1.3% CMC، 1.5% SBR 1.2% CNT ہے، اور پانی کو منتشر کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے۔ ہلچل، کوٹنگ، رولنگ، کٹنگ، لیمینیشن، ٹیب ویلڈنگ، پیکیجنگ، بیکنگ، مائع انجکشن، تشکیل اور صلاحیت کی تقسیم کے بعد، 408595 لیمینیٹڈ چھوٹی نرم پیک بیٹریاں تیار کی گئیں جن کی 3 اے ایچ کی درجہ بندی کی گنجائش تھی۔ 0.2C، 0.5C، 1C، 2C اور 3C کی شرح کارکردگی اور 0.5C چارج اور 1C خارج ہونے والے سائیکل کی کارکردگی کو جانچا گیا۔ چارج اور ڈسچارج وولٹیج کی حد 2.8-4.2 V تھی، مستقل کرنٹ اور مستقل وولٹیج چارجنگ، اور کٹ آف کرنٹ 0.5C تھا۔

2 نتائج اور بحث

ابتدائی سلکان پاؤڈر الیکٹران مائیکروسکوپی (SEM) کو اسکین کرکے دیکھا گیا۔ سلکان پاؤڈر 2μm سے کم کے ذرہ سائز کے ساتھ بے قاعدہ طور پر دانے دار تھا، جیسا کہ شکل 1(a) میں دکھایا گیا ہے۔ بال کی گھسائی کرنے کے بعد، سلکان پاؤڈر کا سائز نمایاں طور پر کم ہو کر تقریباً 100 nm ہو گیا [شکل 1(b)]۔ پارٹیکل سائز ٹیسٹ سے پتہ چلتا ہے کہ بال ملنگ کے بعد سلکان پاؤڈر کا D50 110 nm اور D90 175 nm تھا۔ بال ملنگ کے بعد سلکان پاؤڈر کی مورفولوجی کا بغور جائزہ ایک فلیکی ساخت کو ظاہر کرتا ہے (فلکی ڈھانچے کی تشکیل کی مزید تصدیق بعد میں کراس سیکشنل SEM سے کی جائے گی)۔ لہذا، ذرہ سائز ٹیسٹ سے حاصل کردہ D90 ڈیٹا نانو شیٹ کی لمبائی کا طول و عرض ہونا چاہیے۔ SEM کے نتائج کے ساتھ مل کر، یہ اندازہ لگایا جا سکتا ہے کہ حاصل کردہ نانو شیٹ کا سائز کم از کم ایک جہت میں چارجنگ اور ڈسچارج کے دوران سلکان پاؤڈر کے ٹوٹنے کی 150 nm کی اہم قدر سے چھوٹا ہے۔ فلکی مورفولوجی کی تشکیل بنیادی طور پر کرسٹل لائن سلکان کے کرسٹل طیاروں کی مختلف انحطاطی توانائیوں کی وجہ سے ہوتی ہے، جن میں سے {111} سلیکون کے طیارہ میں {100} اور {110} کرسٹل طیاروں کی نسبت کم تحلیل توانائی ہوتی ہے۔ لہذا، یہ کرسٹل طیارہ بال ملنگ کے ذریعے زیادہ آسانی سے پتلا ہوتا ہے، اور آخر میں ایک فلیکی ڈھانچہ بناتا ہے۔ فلکی ڈھانچہ ڈھیلے ڈھانچے کے جمع ہونے کے لیے سازگار ہے، سلکان کے حجم کی توسیع کے لیے جگہ محفوظ رکھتا ہے، اور مواد کے استحکام کو بہتر بناتا ہے۔

نینو سلکان، سی این ٹی اور گریفائٹ پر مشتمل گارا اسپرے کیا گیا تھا، اور اسپرے سے پہلے اور بعد میں پاؤڈر کا SEM کے ذریعے معائنہ کیا گیا تھا۔ نتائج شکل 2 میں دکھائے گئے ہیں۔ سپرے کرنے سے پہلے جو گریفائٹ میٹرکس شامل کیا گیا ہے وہ 5 سے 20 μm کے سائز کے ساتھ ایک عام فلیک ڈھانچہ ہے [شکل 2(a)]۔ گریفائٹ کے پارٹیکل سائز ڈسٹری بیوشن ٹیسٹ سے پتہ چلتا ہے کہ D50 15μm ہے۔ چھڑکنے کے بعد حاصل ہونے والے پاؤڈر کی کروی شکل ہوتی ہے [شکل 2(b)]، اور یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ گریفائٹ کو چھڑکنے کے بعد کوٹنگ کی تہہ سے لیپ کیا جاتا ہے۔ چھڑکنے کے بعد پاؤڈر کا D50 26.2 μm ہے۔ ثانوی ذرات کی مورفولوجیکل خصوصیات کا مشاہدہ SEM کے ذریعے کیا گیا، جس میں نینو میٹریلز [شکل 2(c)] کے ذریعے جمع ہونے والے ڈھیلے غیر محفوظ ڈھانچے کی خصوصیات کو ظاہر کیا گیا۔ غیر محفوظ ڈھانچہ سلیکون نینو شیٹس اور CNTs پر مشتمل ہے جو ایک دوسرے کے ساتھ جڑے ہوئے ہیں [Figure 2(d)]، اور ٹیسٹ کی مخصوص سطح کا رقبہ (BET) زیادہ سے زیادہ 53.3 m2/g ہے۔ لہذا، چھڑکنے کے بعد، سلیکون نینو شیٹس اور CNTs خود کو جمع کر کے ایک غیر محفوظ ڈھانچہ بناتے ہیں۔

غیر محفوظ پرت کا علاج مائع کاربن کوٹنگ کے ساتھ کیا گیا تھا، اور کاربن کوٹنگ پیشگی پچ اور کاربنائزیشن کو شامل کرنے کے بعد، SEM مشاہدہ کیا گیا تھا۔ نتائج شکل 3 میں دکھائے گئے ہیں۔ کاربن پری کوٹنگ کے بعد، ثانوی ذرات کی سطح ہموار ہو جاتی ہے، ایک واضح کوٹنگ پرت کے ساتھ، اور کوٹنگ مکمل ہو جاتی ہے، جیسا کہ شکل 3(a) اور (b) میں دکھایا گیا ہے۔ کاربنائزیشن کے بعد، سطح کوٹنگ کی تہہ اچھی کوٹنگ کی حالت کو برقرار رکھتی ہے [شکل 3(c)]۔ اس کے علاوہ، کراس سیکشنل SEM امیج پٹی کے سائز کے نینو پارٹیکلز [فگر 3(d)] کو دکھاتا ہے، جو کہ نانو شیٹس کی مورفولوجیکل خصوصیات سے مطابقت رکھتے ہیں، گیند کی گھسائی کے بعد سلیکون نانو شیٹس کی تشکیل کی مزید تصدیق کرتے ہیں۔ اس کے علاوہ، شکل 3(d) سے پتہ چلتا ہے کہ کچھ نانو شیٹس کے درمیان فلرز موجود ہیں۔ یہ بنیادی طور پر مائع مرحلے کوٹنگ کے طریقہ کار کے استعمال کی وجہ سے ہے. اسفالٹ محلول مواد میں گھس جائے گا، تاکہ اندرونی سلکان نینو شیٹس کی سطح کاربن کوٹنگ کی حفاظتی تہہ حاصل کرے۔ لہذا، مائع مرحلے کی کوٹنگ کا استعمال کرتے ہوئے، ثانوی ذرہ کوٹنگ اثر حاصل کرنے کے علاوہ، پرائمری پارٹیکل کوٹنگ کا ڈبل ​​کاربن کوٹنگ اثر بھی حاصل کیا جا سکتا ہے۔ کاربونائزڈ پاؤڈر کا BET کے ذریعے تجربہ کیا گیا، اور ٹیسٹ کا نتیجہ 22.3 m2/g تھا۔

کاربنائزڈ پاؤڈر کو کراس سیکشنل انرجی اسپیکٹرم تجزیہ (EDS) کا نشانہ بنایا گیا تھا، اور نتائج شکل 4(a) میں دکھائے گئے ہیں۔ مائکرون سائز کا کور C جزو ہے، جو گریفائٹ میٹرکس کے مطابق ہے، اور بیرونی کوٹنگ میں سلیکون اور آکسیجن شامل ہے۔ سلیکون کی ساخت کی مزید تحقیقات کے لیے، ایک ایکس رے ڈفریکشن (XRD) ٹیسٹ کیا گیا، اور نتائج شکل 4(b) میں دکھائے گئے ہیں۔ مواد بنیادی طور پر گریفائٹ اور سنگل کرسٹل سلکان پر مشتمل ہے، جس میں کوئی واضح سلیکون آکسائیڈ خصوصیات نہیں ہیں، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ انرجی اسپیکٹرم ٹیسٹ کا آکسیجن جزو بنیادی طور پر سلکان کی سطح کے قدرتی آکسیکرن سے آتا ہے۔ سلکان کاربن مرکب مواد کو S1 کے طور پر ریکارڈ کیا گیا ہے۔

تیار کردہ سلکان کاربن مواد S1 کو بٹن قسم کے آدھے سیل کی پیداوار اور چارج ڈسچارج ٹیسٹ کا نشانہ بنایا گیا تھا۔ پہلا چارج ڈسچارج وکر شکل 5 میں دکھایا گیا ہے۔ الٹ جانے والی مخصوص صلاحیت 1000.8 mAh/g ہے، اور پہلے سائیکل کی کارکردگی زیادہ سے زیادہ 93.9% ہے، جو کہ بغیر پہلے کے زیادہ تر سلکان پر مبنی مواد کی پہلی کارکردگی سے زیادہ ہے۔ ادب میں لیتھیشن کی اطلاع دی گئی ہے۔ پہلی اعلی کارکردگی اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ تیار کردہ سلکان کاربن مرکب مواد میں اعلی استحکام ہے۔ سلیکون کاربن مواد کے استحکام پر غیر محفوظ ساخت، ترسیلی نیٹ ورک اور کاربن کوٹنگ کے اثرات کی تصدیق کرنے کے لیے، دو قسم کے سلکان کاربن مواد کو بغیر CNT کے اور بنیادی کاربن کوٹنگ کے بغیر تیار کیا گیا تھا۔

سی این ٹی شامل کیے بغیر سلکان کاربن مرکب مواد کے کاربنائزڈ پاؤڈر کی شکل کو شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔ مائع مرحلے کی کوٹنگ اور کاربنائزیشن کے بعد، شکل 6(a) میں ثانوی ذرات کی سطح پر کوٹنگ کی تہہ واضح طور پر دیکھی جا سکتی ہے۔ کاربنائزڈ مواد کا کراس سیکشنل SEM شکل 6(b) میں دکھایا گیا ہے۔ سلیکون نینو شیٹس کی اسٹیکنگ میں غیر محفوظ خصوصیات ہیں، اور BET ٹیسٹ 16.6 m2/g ہے۔ تاہم، CNT کے کیس کے مقابلے [جیسا کہ شکل 3(d) میں دکھایا گیا ہے، اس کے کاربنائزڈ پاؤڈر کا BET ٹیسٹ 22.3 m2/g] ہے، اندرونی نینو-سلیکون اسٹیکنگ کثافت زیادہ ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ CNT کا اضافہ فروغ دے سکتا ہے۔ غیر محفوظ ڈھانچے کی تشکیل۔ اس کے علاوہ، مواد میں CNT کی طرف سے تعمیر کردہ تین جہتی conductive نیٹ ورک نہیں ہے. سلکان کاربن مرکب مواد کو S2 کے طور پر ریکارڈ کیا گیا ہے۔

سالڈ فیز کاربن کوٹنگ کے ذریعے تیار کردہ سلکان کاربن مرکب مواد کی شکلی خصوصیات کو شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ کاربنائزیشن کے بعد، سطح پر کوٹنگ کی ایک واضح تہہ ہوتی ہے، جیسا کہ شکل 7(a) میں دکھایا گیا ہے۔ شکل 7(b) سے پتہ چلتا ہے کہ کراس سیکشن میں پٹی کے سائز کے نینو پارٹیکلز موجود ہیں، جو نانو شیٹس کی مورفولوجیکل خصوصیات کے مطابق ہیں۔ نانوشیٹس کا جمع ہونا ایک غیر محفوظ ڈھانچہ بناتا ہے۔ اندرونی نینو شیٹس کی سطح پر کوئی واضح فلر نہیں ہے، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ ٹھوس فیز کاربن کوٹنگ صرف ایک غیر محفوظ ساخت کے ساتھ کاربن کوٹنگ کی پرت بناتی ہے، اور سلیکون نانو شیٹس کے لیے کوئی اندرونی کوٹنگ پرت نہیں ہے۔ یہ سلکان کاربن مرکب مواد S3 کے طور پر ریکارڈ کیا جاتا ہے.

بٹن قسم کا آدھا سیل چارج اور ڈسچارج ٹیسٹ S2 اور S3 پر کیا گیا تھا۔ S2 کی مخصوص صلاحیت اور پہلی کارکردگی بالترتیب 1120.2 mAh/g اور 84.8% تھی، اور S3 کی مخصوص صلاحیت اور پہلی کارکردگی بالترتیب 882.5 mAh/g اور 82.9% تھی۔ ٹھوس فیز لیپت S3 نمونے کی مخصوص صلاحیت اور پہلی کارکردگی سب سے کم تھی، جس سے یہ ظاہر ہوتا ہے کہ غیر محفوظ ڈھانچے کی صرف کاربن کوٹنگ کی گئی تھی، اور اندرونی سلیکون نانوشیٹس کی کاربن کوٹنگ نہیں کی گئی تھی، جو مکمل کھیل نہیں دے سکتی تھی۔ سلکان کی بنیاد پر مواد کی مخصوص صلاحیت اور سلکان کی بنیاد پر مواد کی سطح کی حفاظت نہیں کر سکتا. سی این ٹی کے بغیر S2 نمونے کی پہلی کارکردگی بھی سی این ٹی پر مشتمل سلکان کاربن مرکب مواد سے کم تھی، جو اس بات کی نشاندہی کرتی ہے کہ اچھی کوٹنگ کی تہہ کی بنیاد پر، کنڈکٹیو نیٹ ورک اور اعلی درجے کی غیر محفوظ ساخت بہتری کے لیے سازگار ہے۔ سلکان کاربن مواد کے چارج اور خارج ہونے والی کارکردگی کا۔

S1 سلکان کاربن مواد کو ریٹ کی کارکردگی اور سائیکل کی کارکردگی کو جانچنے کے لیے ایک چھوٹی سی نرم پیک مکمل بیٹری بنانے کے لیے استعمال کیا گیا تھا۔ ڈسچارج ریٹ وکر کو شکل 8(a) میں دکھایا گیا ہے۔ 0.2C، 0.5C، 1C، 2C اور 3C کے خارج ہونے کی صلاحیت بالترتیب 2.970، 2.999، 2.920، 2.176 اور 1.021 Ah ہیں۔ 1C خارج ہونے کی شرح 98.3% تک زیادہ ہے، لیکن 2C خارج ہونے والے مادہ کی شرح 73.3% تک گر جاتی ہے، اور 3C خارج ہونے کی شرح مزید گر کر 34.4% ہو جاتی ہے۔ سلکان منفی الیکٹروڈ ایکسچینج گروپ میں شامل ہونے کے لیے، براہ کرم WeChat: shimobang شامل کریں۔ چارجنگ کی شرح کے لحاظ سے، 0.2C، 0.5C، 1C، 2C اور 3C چارج کرنے کی صلاحیتیں بالترتیب 3.186، 3.182، 3.081، 2.686 اور 2.289 Ah ہیں۔ 1C چارجنگ کی شرح 96.7% ہے، اور 2C چارجنگ کی شرح اب بھی 84.3% تک پہنچ جاتی ہے۔ تاہم، شکل 8(b) میں چارجنگ وکر کا مشاہدہ کرتے ہوئے، 2C چارجنگ پلیٹ فارم 1C چارجنگ پلیٹ فارم سے نمایاں طور پر بڑا ہے، اور اس کی مستقل وولٹیج چارج کرنے کی صلاحیت زیادہ تر (55%) ہے، جس سے ظاہر ہوتا ہے کہ 2C ریچارج ایبل بیٹری کا پولرائزیشن ہے۔ پہلے سے ہی بہت بڑا. سلکان کاربن مواد میں 1C پر اچھی چارجنگ اور ڈسچارجنگ کارکردگی ہے، لیکن اعلیٰ شرح کارکردگی حاصل کرنے کے لیے مواد کی ساختی خصوصیات کو مزید بہتر بنانے کی ضرورت ہے۔ جیسا کہ شکل 9 میں دکھایا گیا ہے، 450 سائیکلوں کے بعد، صلاحیت برقرار رکھنے کی شرح 78% ہے، جو سائیکل کی اچھی کارکردگی کو ظاہر کرتی ہے۔

سائیکل سے پہلے اور بعد میں الیکٹروڈ کی سطح کی حالت کی SEM کے ذریعے چھان بین کی گئی تھی، اور نتائج شکل 10 میں دکھائے گئے ہیں۔ سائیکل سے پہلے، گریفائٹ اور سلکان کاربن مواد کی سطح واضح ہے [شکل 10(a)]؛ سائیکل کے بعد، سطح پر واضح طور پر کوٹنگ کی تہہ پیدا ہوتی ہے [شکل 10(b)]، جو کہ ایک موٹی SEI فلم ہے۔ SEI فلم کی کھردری فعال لتیم کی کھپت زیادہ ہے، جو سائیکل کی کارکردگی کے لیے سازگار نہیں ہے۔ لہذا، ایک ہموار SEI فلم کی تشکیل کو فروغ دینا (جیسے مصنوعی SEI فلم کی تعمیر، مناسب الیکٹرولائٹ additives شامل کرنا، وغیرہ) سائیکل کی کارکردگی کو بہتر بنا سکتے ہیں. سائیکل [شکل 10(c)] کے بعد سلکان کاربن کے ذرات کا کراس سیکشنل SEM مشاہدہ ظاہر کرتا ہے کہ اصل پٹی کے سائز کے سلکان نینو پارٹیکلز موٹے ہو گئے ہیں اور غیر محفوظ ڈھانچہ بنیادی طور پر ختم ہو گیا ہے۔ یہ بنیادی طور پر سائیکل کے دوران سلکان کاربن مواد کی مسلسل حجم کی توسیع اور سکڑاؤ کی وجہ سے ہے۔ لہذا، غیر محفوظ ڈھانچے کو مزید بڑھانے کی ضرورت ہے تاکہ سلکان پر مبنی مواد کے حجم کی توسیع کے لیے کافی بفر جگہ فراہم کی جا سکے۔

3 نتیجہ

حجم کی توسیع، خراب چالکتا اور سلیکون پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کی خراب انٹرفیس استحکام کی بنیاد پر، یہ کاغذ سلیکون نینو شیٹس کی شکل سازی، غیر محفوظ ڈھانچے کی تعمیر، کوندکٹو نیٹ ورک کی تعمیر اور پورے ثانوی ذرات کی مکمل کاربن کوٹنگ سے ہدف کے مطابق بہتری لاتا ہے۔ ، مجموعی طور پر سلکان پر مبنی منفی الیکٹروڈ مواد کے استحکام کو بہتر بنانے کے لئے۔ سلکان نینو شیٹس کا جمع ہونا ایک غیر محفوظ ڈھانچہ تشکیل دے سکتا ہے۔ CNT کا تعارف ایک غیر محفوظ ڈھانچے کی تشکیل کو مزید فروغ دے گا۔ مائع فیز کوٹنگ کے ذریعہ تیار کردہ سلکان کاربن مرکب مواد میں ٹھوس فیز کوٹنگ کے ذریعہ تیار کردہ مقابلے میں ڈبل کاربن کوٹنگ اثر ہوتا ہے، اور اعلی مخصوص صلاحیت اور پہلی کارکردگی کی نمائش کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، سی این ٹی پر مشتمل سلکان کاربن مرکب مواد کی پہلی کارکردگی بغیر سی این ٹی کے مقابلے زیادہ ہے، جس کی بنیادی وجہ سلیکون پر مبنی مواد کے حجم کی توسیع کو کم کرنے کی غیر محفوظ ساخت کی اعلیٰ ڈگری کی صلاحیت ہے۔ CNT کا تعارف ایک تین جہتی کنڈکٹیو نیٹ ورک کی تعمیر کرے گا، سلکان پر مبنی مواد کی چالکتا کو بہتر بنائے گا، اور 1C پر اچھی شرح کارکردگی دکھائے گا۔ اور مواد اچھی سائیکل کارکردگی کو ظاہر کرتا ہے. تاہم، مواد کے غیر محفوظ ڈھانچے کو مزید مضبوط کرنے کی ضرورت ہے تاکہ سلکان کے حجم کی توسیع کے لیے کافی بفر اسپیس فراہم کی جا سکے، اور ہموار کی تشکیل کو فروغ دیا جا سکے۔اور سلیکن کاربن مرکب مواد کی سائیکل کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کے لیے گھنے SEI فلم۔

ہم اعلی پیوریٹی گریفائٹ اور سلکان کاربائیڈ پروڈکٹس بھی فراہم کرتے ہیں، جو بڑے پیمانے پر ویفر پروسیسنگ جیسے آکسیڈیشن، ڈفیوژن اور اینیلنگ میں استعمال ہوتے ہیں۔

مزید بحث کے لیے ہم سے ملنے کے لیے دنیا بھر سے کسی بھی گاہک کو خوش آمدید کہتے ہیں!

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