טעינה מהירה יותר, חיים ארוכים יותר: טריק הגרפן המשדרג סוללות ליתיום

```html מחברים: אין היאוק סון ג'ונג חואן פארק סאונגיאונג פארק קואנג'ין פארק סאנג'יל האן ג'אהו שין סאוק-גואנג דואו יוניל הוואנג היואוק צ'אנג ג'אנג ווק צ'וי תקציר שיפור תכונה אחת ללא פגיעה באחרות הוא מאתגר עבור סוללות ליתיום-יון בשל אופי הפשרה בין פרמטרים מרכזיים. כאן אנו מדווחים על תהליך שיקוע אדים כימי לגידול צבר גרפן–סיליקה, הנקרא כדור גרפן. המבנה התלת-ממדי ההיררכי שלו עם מרכז חלקיקי תחמוצת הסיליקון מאפשר ציפוי אחיד של 1% גרפן כדור על קתודה שכבתית עשירה בניקל באמצעות טחינת נובילטה ניתנת להרחבה. ציפוי כדור הגרפן משפר את חיי המחזור ויכולת הטעינה המהירה על ידי דיכוי תגובות לוואי מזיקות ואספקת נתיבי הולכה יעילים. כדור הגרפן עצמו משמש גם כחומר אנודה עם קיבול סגולי גבוה של 716.2 מיליאמפר/שעה גרם−1. תא מלא המשלב כדורי גרפן מגדיל את צפיפות אנרגיית הנפח ב-27.6% בהשוואה לתא ביקורת ללא כדורי גרפן, ומראה את האפשרות להגיע ל-800 וולט/ליטר בהגדרה של תא מסחרי, יחד עם יכולת מחזור גבוהה של 78.6% שימור קיבול לאחר 500 מחזורים ב-5C ו-60 מעלות צלזיוס. מבוא הפיתוח המתמשך של סוללות ליתיום-יון (LIBs) הוביל לשיפורים יוצאי דופן בהיבטים שונים של פעולתן, כולל צפיפות אנרגיה, צפיפות הספק, חיי מחזור ובטיחות. כיום, מכשירי IT ניידים מהווים חלק משמעותי מיישומי LIB, כאשר מפרטי ההפעלה של LIBs מתקדמים הנוכחיים מספקים ברובם [1, 2, 3]. עם זאת, ככל שכלי רכב חשמליים (EVs) חודרים לשוקי ה-LIB, תכונות אלקטרוכימיות מרכזיות הציבו סטנדרטים מאתגרים יותר; בעוד שנדרשת צפיפות אנרגיה גבוהה יותר לקילומטראז' מוגבר, נדרשת קינטיקה תגובתית משופרת לטעינה מהירה ופעולות בקצב גבוה. בטיחות היא בהחלט גורם קריטי גם עבור יישומי EV. אתגר משמעותי טמון בהתגברות על יחסי הגומלין בין תכונות מרכזיות אלה; בדרך כלל לא פשוט לשפר תכונה אחת מבלי לפגוע באחרות. יחסי גומלין כאלה בולטים במיוחד בין צפיפות אנרגיה לטעינה מהירה (או יכולת הספק). בעוד שהשימוש בחומרים ננומטריים כמרכיבים פעילים [4, 5] ושילוב חומרים ננומטריים פחמניים [6, 7, 8] כחומרי הולכה הדגימו שיעורי טעינה משופרים על ידי הפחתת מרחק דיפוזיה יונים והתנגדות פנימית, רוב הגישות הללו עדיין דורשות שיפור נוסף לפני שניתן יהיה ליישם אותן בטכנולוגיית LIB הנוכחית. צפיפויות הלחיצה של חומרים ננומטריים נמוכות בהרבה מאלה של חלקיקים מיקרוסקופיים קונבנציונליים, דבר הפוגע בצפיפות אנרגיית הנפח, גורם קריטי ליישומים רבים של LIB מאשר מקבילם הגרבימטרי. בהקשר דומה, לקראת הפחתת התנגדות פנימית, שילוב של חומרים ננומטריים פחמניים כמו גרפן הוכיח יעילות בהגברת ההולכה החשמלית של אלקטרודות בקנה מידה מעבדתי. עם זאת, השגת פיזור אחיד של תכולת משקל קטנה (כלומר, <3% משקל) של חומרים ננומטריים פחמניים בתהליך דחיסה גדול-עדיין לא הודגם. שינוי של חומרים פעילים קיימים על ידי זיהום באלמנטים זרים [9, 10] או בקרת סטוכיומטריה [11, 12, 13] יכול גם להגביר את הדיפוזיביות של יוני Li ולכן את קצב הטעינה של חומרים פעילים קונבנציונליים עם ממדים מיקרומטריים. רוב הגישות הללו, עם זאת, יעילות במחיר של קיבול סגולי. יתר על כן, מלבד צפיפות אנרגיה וטעינה מהירה, השגת חיי מחזור ארוכים, במיוחד בטמפרטורות גבוהות (כלומר, 60 מעלות צלזיוס), עדיין מהווה אתגר עבור LIBs מתקדמים הכוללים חומרי אלקטרודה בעלי קיבול גבוה. בעוד שחומרים אוקסידיים שכבתית עשירים בניקל (Ni) וליתיום (Li) נחשבים לחומרי קתודה עתידיים בשל הקיבולים הסגוליים העליונים שלהם בהשוואה למקביליהם הקלאסיים של LiCoO2, ידוע כי ערבוב הקטיונים הבלתי נמנע במהלך הטעינה פוגע במבנה השכבה למבני ספינל או סלע-סלע, יחד עם תגובות לוואי לא רצויות על פני השטח של האלקטרודה. בהתחשב במאמצים שנעשו עד כה, אחת הפתרונות המציאותיים ביותר להשגת טעינה מהירה מיידית של חומרי קתודה עם אובדן זניח בצפיפות אנרגיה וחיי מחזור כוללת מציאת חומרים מגינים מוליכים שניתן לצפות אחיד על החומרים הפעילים בתכולה מינימלית. מציאת חומרי אנודה מתקדמים חיונית גם כן מכיוון שאנודות גרפיט קיימות סובלות משקיעת מתכת Li במהלך טעינה בקצב גבוה. כאן אנו מדווחים על צבר גרפן–סיליקה (SiO x), הנקרא כדור גרפן (GB), כחומר ציפוי לחומרי קתודה שכבתית עשירה בניקל בעלי קיבול גבוה, כמו גם חומר אנודה LIB. כל GB מורכב ממרכז חלקיקי תחמוצת סיליקון ומשכבות גרפן מקיפות, המהווים מבנה תלת-ממדי (3D) דמוי פופקורן. חלקיקי תחמוצת הסיליקון ממלאים תפקיד מכריע בהיבטים מרובים, כגון הימנעות מהיווצרות שכבת קרביד סיליקון (SiC) בממשק תחמוצת הסיליקון–גרפן במהלך גידול הגרפן, הבטחת ציפוי אחיד של GB על חומר הקתודה, ואספקת קיבול סגולי גבוה כאשר GB משמש כחומר אנודה. ציפוי אחיד של GB על הקתודה העשירה בניקל משפר את יציבות הממשק עם האלקטרוליט ואת ההולכה האלקטרונית על פני האלקטרודה, ומשפר באופן משמעותי את יכולת המחזור ואת יכולת הטעינה המהירה של הקתודה. בהתחשב ביתרונות הייחודיים של GB, התא המלא המורכב מהקתודה המצופה GB ומאנודת GB מדגים את האפשרות לצפיפות אנרגיית נפח גבוהה קרוב ל-800 וולט/ליטר בתנאי תא מסחרי, יחד עם 78.6% שימור קיבול לאחר 500 מחזורים ב-5C ו-60 מעלות צלזיוס. תוצאות סינתזה של כדור גרפן כדי לסנתז את GB דמוי הפופקורן, פיתחנו תהליך שיקוע אדים כימי (CVD) לגידול גרפן. גז CH4 הוזן לכבשן בנוכחות חלקיקי תחמוצת הסיליקון בקוטר של 20–30 ננומטר ב-1000 מעלות צלזיוס. בטמפרטורה זו, CH4 מתפרק ליצירת אטומי מימן, אשר יכולים לאחר מכן להפחית תחמוצת סיליקון ל-SiO x (x < 2). OH− מיוצר גם כן בו-זמנית באמצעות התגובה הבאה: התכונה המרכזית בתגובה זו היא ש-SiO x המיוצר מספק אתרי קטליזה לגידול גרפן, ו-OH− משמש כחומר מחמצן עדין כדי להקל על היווצרות פחמן גרפיטי לכיוון גרפן [14, 15]. תפקידם של חומרים מחמצנים עדינים בהיווצרות פחמן גרפיטי הוסבר לאחרונה [16] באופן ש, ללא חומר מחמצן עדין, היווצרות פחמן אמורפי דומיננטית יותר. עם זאת, בנוכחות חומר מחמצן עדין, התגלה שהתגובה ליצירת CO או CO2 מועדפת עבור אטומי פחמן אשר אחרת היו מתפתחים לפחמן אמורפי. למעשה, גידול גרפן קל באמצעות זרזים מתכתיים ידוע כי מתרחש באופן דומה [17, 18, 19], שבו החמצן שנותר על פני המתכת מוביל לתגובה מועדפת לכיוון היווצרות פחמן גרפיטי. נוכחות חומר מחמצן עדין מונעת היווצרות שכבת קרביד סיליקון (SiC) על פני השטח של תחמוצת הסיליקון מכיוון שהמחמצן מונע את הפחתת הסיליקון לכיוון היווצרות SiC [19]. בסכמת התגובה שלנו המבוססת על שימוש בלעדי ב-CH4, בטמפרטורות מתחת ל-900 מעלות צלזיוס, גרפן בקושי גדל. לעומת זאת, ב-1050 מעלות צלזיוס ומעלה, גידול הגרפן הפך אגרסיבי מדי לכיוון היווצרות גרפיט (איור משלים 1). יש לציין שטמפרטורת הגידול של 1000 מעלות צלזיוס נמוכה מאלה (1100–1400 מעלות צלזיוס) המשמשות בדרך כלל לגידול גרפן מבוסס CVD על מצעי סיליקון ותחמוצת סיליקון ללא זרזים מתכתיים [20, 21, 22]. התפקיד הקריטי של סביבת הגידול הובהר באמצעות ניסוי ביקורת (איור משלים 2); בעקבות תהליכי CVD קונבנציונליים המשתמשים בזרזים מתכתיים, הוזנו CH4 ו-H2 ביחס זרימה וולומטרי של 3:7 ב-1000 מעלות צלזיוס. מכיוון שהתפרקות CH4 נמנעה על ידי כמות גדולה של H2, גידול הגרפן היה איטי מאוד, מה שחושף את חשיבות השימוש הבלעדי ב-CH4 לגידול גרפן יעיל בפרוטוקול הסינתזה שלנו. בסך הכל, בחירת הריאגנטים וטמפרטורת התגובה בסכמת התגובה הנוכחית שונה ממקבילותיה מבוססות CVD קודמות המשתמשות בזרזים מתכתיים, ומשחקת תפקיד מפתח בייצור צבר גרפן–תחמוצת סיליקון עם המבנה ההיררכי התלת-ממדי. סדרת ניתוחי מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) (איור משלים 3a–f) ומיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) (איור 1a–g) שנערכו במהלך תהליך ה-CVD משקפים את השינויים בגידול הגרפן ובמורפולוגיה. לאחר 5 דקות של תהליך ה-CVD, נצפתה בקושי שכבת גרפן בעובי 2–3 שכבות לאורך פני השטח של תחמוצת הסיליקון (איור 1b, e), כאשר צבע האבקה הפך שחור (איור משלים 3g). גידול הגרפן הפך בולט יותר לאחר 30 דקות של תהליך ה-CVD, שם מורפולוגיית גיליון תלת-ממדית נראתה בבירור (איור 1c, f). תמונת ה-TEM בהגדלה גבוהה (איור 1g) לוכדת את הסידורים האטומיים המשושים בחלק של גרפן, המשקפים את המישור הבסיסי שלו. לאחר 30 דקות, נצפה גם כי גודל חלקיקי תחמוצת הסיליקון ירד בממוצע מ-28.2 ל-15.3 ננומטר (איור משלים 4). זה קרה מכיוון שגידול הגרפן כרוך בהפחתה הנ"ל של תחמוצת הסיליקון ובהיווצרות OH− שלאחר מכן. לפיכך, גידול הגרפן הכולל דומה למדי לפופקורן המתנפח במבנה מגושם תלת-ממדי, המיוצר על חשבון הזרעים המקוריים (איור 1h). גידול גרפן מחלקיקי תחמוצת סיליקון. אפיון TEM לפני גידול CVD, לאחר 5 דקות גידול, ו- לאחר 30 דקות גידול (סרגלי קנה מידה, 50 ננומטר). תמונותיהם המוגדלות בהתאמה (סרגלי קנה מידה, 10 ננומטר). תמונה בהגדלה גבוהה יותר של גרפן לאחר 30 דקות גידול והתצוגה ברמת האטום מהקופסה הלבנה (תמונת פנים) (סרגל קנה מידה, 2 ננומטר). איור גרפי של גידול גרפן דמוי פופקורן מחלקיקי תחמוצת סיליקון א–ג א ב ג ד–ו ז ח גידול הגרפן הובהר עוד יותר באמצעות סדרה של ניתוחים נוספים. ספקטרום עקיפת רנטגן (XRD) שהתקבל במהלך הגידול מצביע על כך שככל שתהליך ה-CVD מתקדם, הפסגות ב-2θ = 26.44° ו-44°, המתאימות למטוסים (002) ו-(101) של גרפיט, גדלו ברציפות (איור 2a), ותומכות שוב בהיווצרות פחמן גרפיטי [23, 24, 25]. גידול הגרפן בא לידי ביטוי גם בפסגות ב-284.5 ו-291.5 eV בענף C 1s של ניתוח ספקטרוסקופיית פוטואלקטרונים רנטגניים (XPS) (איור 2b) [22, 23]. הפסגה ב-284.5 eV משויכת לקשרים C–C ו-C=C, אשר הופיעו באופן בולט לאחר 30 דקות גידול עקב היווצרות פחמן גרפיטי. הפסגות המתקדמות של XPS בענף Si 1s של ניתוח XPS (איור 2c) מאשרות מחדש [25] את הפחתת תחמוצת הסיליקון במהלך תהליך ה-CVD. עם הגדלת זמן הגידול, הפסגה ליד 103 eV זזה לאנרגיות קשר נמוכות יותר עקב מצב החמצון המופחת של Si. בהתבסס על נוכחות ועוצמה של אות הפחמן במיפוי אדיסקרטיבי של אנרגיה (EDX) (איור 2d–g), נמצא כי אפילו לאחר 5 דקות, גידול גרפן אכן התרחש לאורך פני השטח של תחמוצת הסיליקון, ואחרי 30 דקות, הגידול התפשט על פני כל אזור התמונה, בעוד Si ו-O נותרו מפוזרים באופן הומוגני. חלק המשקל של גרפן, ותוצאות ניתוח ראמן, שטח פנים סגולי, והולכה של GB בזמני גידול CVD שונים מסוכמים בטבלה 1. באשר לשטח הפנים הסגולי, ירידתו עם הגדלת זמן התגובה מיוחסת לגרפיטיזציה מתקדמת שבה שכבות גרפן מתמזגות ומוערמות. ספקטרום ראמן וניתוחי תרמוגרבימטריה (TG) מפורטים מוצגים באיור משלים 5. ניתוח של כדור גרפן במהלך גידולו. ניטור גידול גרפן במהלך תהליך ה-CVD באמצעות XRD, XPS בענף C 1s, ו- ענף XPS Si 2p. מיפוי אלמנטלי EDX ביחס ל-C, O, ו-Si לאחר , 5 דקות ו- , 30 דקות גידול גרפן מתחמוצת סיליקון (סרגלי קנה מידה, 50 ננומטר) א–ג א ב ג ד–ז ד ה ו ז ציפוי של כדור גרפן על קתודה עשירה בניקל בשל מורפולוגיית השכבה הדקה אטומית שלה, גרפן נחשב לאחד החומרים האידיאליים ביותר לציפוי הגנה על פני שטח של חומרי קתודה בעלי קיבול גבוה. עם זאת, במקרה של תהליכי תמיסה ידועים [26, 27, 28, 29] המבוססים על שיטת Hummer, השגת ציפוי אחיד עם תכולה מוגבלת של גרפן אינה פשוטה עקב אגרגציה, הנובעת מהאינטראקציה האלקטרוסטטית החזקה בין גליונות הגרפן. במאמץ להתגבר על בעיית האגרגציה, הוכנס גישה שונה, כגון ריסוק גרפיט באמצעות תהליך כדור-טחינה [30]. עם זאת, תהליך זה הוא בדרך כלל איטי (> 6 שעות), והחשוב מכל, יכול לפגוע בגבישיות של החומר המארח. יש לציין גם שציפוי פחמן אמורפי על ידי תהליכי CVD אינו ישים לחומרי אוקסיד עשירים בניקל [31, 32] מכיוון שתהליכי CVD מחלצים מתכות מעבר (TMs), המשבשות את מבנה הגביש המקורי של החומר המארח. לעומת זאת, GB המסונתז במחקר זה יכול להיות מצופה על פני השטח של אבקת LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 מסחרית (גודל = ~10 מיקרומטר) בתכולה מינימלית של 1% משקל באמצעות תהליך טחינת נובילטה עדין. תהליך הציפוי גם מהיר למדי (~10 דקות ב-3000 סל"ד). זרעי ה-SiO x ממלאים תפקיד מכריע בכך שהם מאפשרים ציפוי אחיד זה בתכולות משקל נמוכות. זרעי ה-SiO x מהווים 57.5% משקל של GB (תוצאת TG באיור משלים 5b) ובתהליך הציפוי, נוכחותם מאפשרת ל-GB להפעיל כוח גזירה על פני השטח של LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2, ויוצר אינטראקציה הדוקה ואף חדירה. כדי לאשר תופעה זו, בוצע אותו תהליך ציפוי עם תערובת פיזית של 0.5% משקל SiO2 ו-0.5% משקל גרפן. מדגם זה סבל מנזק גבישי באזור פני השטח של ה-NCM עקב התנגשויות אגרסיביות בין חלקיקי LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2, כמו גם בין חלקיקי LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 לדופן הכור (איור משלים 6). תופעות אלה הוגברו על ידי אגרגציה של גרפן שהתרחשה בהיעדר מבנים היררכיים תלת-ממדיים הכוללים מרכזי חלקיקי תחמוצת סיליקון. ציפוי GB אחיד אושר על ידי ניתוחי SEM ו-TEM. מכאן ואילך, LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 לפני ואחרי ציפוי GB מסומנים כ-NCM טהור ו-GB-NCM, בהתאמה. תמונות SEM בהגדלה נמוכה של ה-NCM לפני ואחרי ציפוי GB (איור 3a, b, איור משלים 6a, b) הראו מורפולוגיות דומות מאוד בגלל הפיזור האחיד של תכולת ה-GB הנמוכה. עם זאת, תמונת SEM בהגדלה גבוהה יותר של GB-NCM מצביעה על כך ש-GB חדר לרווחים שבין החלקיקים הראשוניים של NCM (איור 3d). חדירת GB נצפתה בבירור יותר בתמונות TEM (איור 3e, f). באיור 3e, נצפה גיליון גרפן בחלל הפתוח מעל חלקיק NCM (ראה קווים מרוסקים אדומים). כמה גיליונות גרפן כווננו לאורך פני השטח של ה-NCM והציגו מרחק בין-שכבתי קבוע של 3.3 או 3.4 Å (איור 3f). ציפוי GB על LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2. תמונות SEM של LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 , לפני (סרגלי קנה מידה, 2 מיקרומטר ו-200 ננומטר, בהתאמה) ו- , לאחר ציפוי GB (סרגלי קנה מידה, 2 מיקרומטר ו-200 ננומטר, בהתאמה). , תמונות TEM של גליונות גרפן (סרגלי קנה מידה, 5 ננומטר). ממוקם בין חלקיקים ראשוניים של LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ו- מצופה לאורך חלקיקים ראשוניים של LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2. , מיפוי אלמנטלי EDX של LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ביחס ל-C ו-Si (סרגלי קנה מידה, 2 מיקרומטר). לפני ו- לאחר ציפוי GB. ספקטרום ראמן של GB, LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 טהור ו-LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 מצופה GB. ספקטרום XPS של אותם שלושה מדגמים בענף C 1s. איור סכמטי של ציפוי GB על LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 א ג ב ד ה ו ה ו ז ח ז ח ט י יא מיפוי אלמנטלי EDX לפני ואחרי ציפוי GB (איור 3g, h) גם מצביע על פיזור אחיד של GB על פני כל שטח של כל חלקיק NCM. בניתוח ראמן (איור 3i), NCM טהור לא הציג פסים, בעוד שציפוי GB במקרה של GB-NCM בא לידי ביטוי בפסגות ה-D, G, ו-2D שלו, שהיו תואמות לאלו של GB חשוף. באופן דומה, היווצרות פחמן גרפיטי המיוצגת על ידי קשרי C–C ו-C=C זוהתה בספקטרום XPS C 1s של GB-NCM (איור 3j). פס לוויני ב-291.5 eV תומך גם הוא בהיווצרות פחמן גרפיטי [23]. חשוב מכך, אפילו תוספת של 1% משקל של GB שיפרה משמעותית את ההולכה של אבקת NCM כאשר נבדקה בצורה של גלולה; גלולות NCM טהורות ו-GB-NCM הציגו ערכי הולכה של 1.13 × 10−3 ו-9.72 × 10−2 ש"ס ס"מ−1, בהתאמה. בסך הכל, המבנה ההיררכי הייחודי של GB מאפשר את ציפוי האחיד שלו על אבקת NCM בגודל מיקרומטרי בתכולה מינימלית (איור 3k) ומשלים את ההולכה היחסית הנמוכה של NCM. בדיקת סוללה כדי לבדוק את ההשפעה של ציפוי GB על ביצועי הסוללה, גם NCM טהור וגם GB-NCM נבדקו תחילה בתצורת תא חצי, תוך שימוש בדיסק מתכת Li כאלקטרודת נגד והתייחסות. נדון תחילה בתנאי האלקטרודה שבהם השתמשנו, כדי להדגיש את הכדאיות המסחרית של הגישה מבוססת GB. קתודות LIB מסחריות נוכחיות המבוססות על LiCoO2 (למשל, אלו המשמשות לטלפונים חכמים), החומר הפעיל תופס 96–97% משקל של האלקטרודה כדי למקסם את צפיפות אנרגיית הנפח [3]. במקרה של חומרים פעילים עשירים בניקל, בשל הולכתם החשמלית הנמוכה יותר, תכולה של ~92% משקל מקובלת כיום כערך אופטימלי, כאשר חומר הולכה וקשר כל אחד מהווים ~4% משקל. במקרה שלנו, במאמץ לפצות על ההולכה הנמוכה יחסית של קתודות עשירות בניקל ובכך להגדיל את תכולת החומר הפעיל לרמות של אלקטרודות מבוססות LiCoO2, הוכנה אלקטרודה המורכבת מ-97% משקל חומר פעיל NCM, 0.5% משקל Super P, 1.0% משקל GB, ו-1.5% משקל קשר פולימרי (פוליבינילידן פלואוריד, PVDF) (ראה פרטים בטבלה משלימה 1). מכיוון שזרעי SiO x מהווים 57.5% משקל של GB (איור משלים 5b), הגרפן עצמו מהווה רק 0.425% משקל של כלל האלקטרודה. באופן יוצא דופן, הגידול בתכולת NCM (92% משקל → 97% משקל) שאפשרה ההולכה המשופרת בזכות ה-GB המשולב הגדיל את הקיבול הנפחי של האלקטרודה בכ-33.3%; בקיבול גרבימטרי נתון של 190 מיליאמפר/שעה גרם−1, האלקטרודות GB-NCM (97% משקל חומר פעיל) ו-NCM טהור (92% משקל חומר פעיל) סיפקו 760 ו-570 מיליאמפר/שעה סמ"ק−1, בהתאמה (טבלה משלימה 2). לשם השוואה, צפיפויות הלחיצה של NCM בשתי האלקטרודות היו 4.0 ו-3.0 גרם סמ"ק−1, בהתאמה. הבדל גדול זה נובע מהצפיפות הנמוכה של Super P; אפילו שינוי קטן בתכולת Super P מוביל להבדל משמעותי בצפיפות הלחיצה של החומר הפעיל. למעשה, הקיבול הנפחי המוגבר בצד הקתודה משפיע באופן דרסטי על צפיפות האנרגיה של התא המלא, כפי שיצוין כאשר אנודת ה-GB תתואר. כפי שמוצג באיור משלים 7a, במהלך המחזורים הראשונים של שתי האלקטרודות ב-0.1C (1C = 190 מיליאמפר/שעה גרם−1), הן הציגו קיבולים טעינה ופריקה דומים למדי (195.18 ו-188.50 מיליאמפר/שעה גרם−1 עבור NCM טהור לעומת 198.24 ו-191.7 מיליאמפר/שעה גרם−1 עבור GB-NCM) כמו גם פרופילים עקביים, מה שמרמז שהטמעת GB לא שיבשה את התכונות האלקטרוכימיות המקוריות של פאז