Lishechaji Changa, Moyo mrefu: Graphene Trick Kuendeleza Betri za Lithiamu.

```html ຜູ້ຂຽນ: In Hyuk Son Jong Hwan Park Seongyong Park Kwangjin Park Sangil Han Jaeho Shin Seok-Gwang Doo Yunil Hwang Hyuk Chang Jang Wook Choi ບົດຄັດຫຍໍ້ ການປັບປຸງຄຸນສົມບັດໜຶ່ງໂດຍບໍ່ມີການເສຍສະຫຼະຄຸນສົມບັດອື່ນແມ່ນເປັນສິ່ງທ້າທາຍສຳລັບແບັດເຕີຣີ lithium-ion ເນື່ອງຈາກລັກສະນະການແລກປ່ຽນລະຫວ່າງຕົວກໍານົດຫຼັກ. ຢູ່ທີ່ນີ້,ພວກເຮົາລາຍງານຂະບວນການ deposition ໂດຍໃຊ້ທາດແກັສເຄມີເພື່ອປູກການປະກອບ graphene–silica, ເອີ້ນວ່າ graphene ball. ໂຄງສ້າງສາມມິຕິຂອງມັນທີ່ມີສູນກາງ nanoparticle oxide ຊິລິຄອນຊ່ວຍໃຫ້ graphene ball ພຽງແຕ່ 1 wt% ສາມາດເຄືອບຢ່າງເປັນເອກະພາບເທິງ cathode ຊັ້ນ nickel-rich ໂດຍໃຊ້ Nobilta milling ທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້. ການເຄືອບ graphene-ball ປັບປຸງອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງວົງຈອນ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໄວໂດຍການຍັບຍັ້ງປະຕິກິລິยาຂ້າງຄຽງທີ່ເປັນອັນຕະລາຍ ແລະ ສະໜອງເສັ້ນທາງນຳໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບ. Graphene ball ດ້ວຍຕົວມັນເອງກໍ່ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນວັດສະດຸ anode ດ້ວຍຄວາມຈຸສະເພາະສູງ 716.2 mAh g−1. Full-cell ທີ່ລວມເອົາ graphene balls ເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານຂຶ້ນ 27.6% ເມື່ອທຽບກັບ full-cell ຄວບຄຸມທີ່ບໍ່ມີ graphene balls, ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມເປັນໄປໄດ້ໃນການບັນລຸ 800 Wh L−1 ໃນສະພາບແວດລ້ອມ cell ການຄ້າ, ພ້ອມກັບຄວາມສາມາດໃນການວົງຈອນສູງ 78.6% ຂອງຄວາມຈຸທີ່ຍັງຄົງຢູ່ຫຼັງຈາກ 500 ວົງຈອນທີ່ 5C ແລະ 60 °C. ບົດນຳ ການພັດທະນາແບັດເຕີຣີ lithium-ion (LIBs) ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ ໄດ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ມີການປັບປຸງຢ່າງໂດດເດັ່ນໃນຫຼາຍດ້ານຂອງການດໍາເນີນງານ, ລວມທັງຄວາມຫນາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ, ຄວາມຫນາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ, ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງວົງຈອນ, ແລະຄວາມປອດໄພ. ໃນປະຈຸບັນ,ອຸປະກອນ IT ມືຖືປະກອບເປັນສ່ວນສຳຄັນຂອງການນຳໃຊ້ LIBs, ບ່ອນທີ່ຂໍ້ມູນຈຳເພາະການດຳເນີນງານຂອງ LIBs ທີ່ທັນສະໄໝສ່ວນໃຫຍ່ແມ່ນພໍໃຈ [1, 2, 3]. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກລົດຍົນໄຟຟ້າ (EVs) ໄດ້ເຂົ້າສູ່ຕະຫຼາດ LIBs, ຄຸນສົມບັດທາງ електроเคมีທີ່ສຳຄັນໄດ້ກຳນົດມາດຕະຖານທີ່ທ້າທາຍຫຼາຍຂຶ້ນ; ໃນຂະນະທີ່ຕ້ອງການຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນເພື່ອເພີ່ມໄລຍະທາງການຂັບຂີ່, ຄວາມຈຳເປັນຕ້ອງມີ kinetics ປະຕິກິລິยาທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນສຳລັບການສາກໄຟໄວ ແລະ ການດຳເນີນງານໃນອັດຕາສູງ. ຄວາມປອດໄພກໍ່ເປັນປັດໃຈທີ່ສຳຄັນສຳລັບການນຳໃຊ້ EV. ຄວາມທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງແມ່ນການເອົາຊະນະຄວາມສຳພັນໃນການແລກປ່ຽນລະຫວ່າງຄຸນສົມບັດຫຼັກເຫຼົ່ານີ້; ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວມັນບໍ່ແມ່ນເລື່ອງງ່າຍທີ່ຈະປັບປຸງຄຸນສົມບັດໜຶ່ງໂດຍບໍ່ມີການເສຍສະຫຼະຄຸນສົມບັດອື່ນ. ຄວາມສຳພັນໃນການແລກປ່ຽນດັ່ງກ່າວແມ່ນເຫັນໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນລະຫວ່າງຄວາມຫນາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ ແລະ ການສາກໄຟໄວ (ຫຼືຄວາມສາມາດໃນການໃຊ້ພະລັງງານ). ໃນຂະນະທີ່ການໃຊ້ອຸປະກອນ nano ເປັນອົງປະກອບທີ່ເຄື່ອນໄຫວ [4, 5] ແລະການລວມເອົາອຸປະກອນ nano ທີ່ເປັນຄາບອນ [6, 7, 8, 9] ເປັນສານນຳໄຟຟ້າໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນອັດຕາການສາກໄຟທີ່ດີຂຶ້ນໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນໄລຍະທາງການແຜ່ diffusion ຂອງ ion ແລະ ຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ວິທີການສ່ວນໃຫຍ່ເຫຼົ່ານີ້ຍັງຕ້ອງການການປັບປຸງເພີ່ມເຕີມກ່ອນທີ່ພວກມັນຈະສາມາດນຳໄປໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຢີ LIB ປະຈຸບັນ. ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງ tap ຂອງອຸປະກອນ nano ຕ່ຳກວ່າອະນຸພາກຂະໜາດ micrometre ແບບດັ້ງເດີມ, ເຊິ່ງເປັນອັນຕະລາຍຕໍ່ຄວາມຫນາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານ, ເຊິ່ງເປັນປັດໃຈສຳຄັນສຳລັບການນຳໃຊ້ LIB ຫຼາຍກວ່າຄູ່ແຂ່ງ gravimetric. ໃນຄວາມຄິດຄ້າຍຄືກັນກັບການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ການເຊື່ອມໂຍງອຸປະກອນ nano ທີ່ເປັນຄາບອນເຊັ່ນ graphene ໄດ້ພິສູດວ່າមានປະສິດທິພາບໃນການເພີ່ມການນຳໄຟຟ້າຂອງ electrodes ລະດັບຫ້ອງທົດລອງ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ການບັນລຸການແຈກຢາຍທີ່ເປັນເອກະພາບຂອງເນື້ອໃນນ້ຳໜັກໜ້ອຍ (ເຊັ່ນ: <3 wt%) ຂອງອຸປະກອນ nano ທີ່ເປັນຄາບອນໃນຂະບວນການ slurry ລະດັບໃຫຍ່ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ຮັບການພິສູດ. ການດັດແປງວັດສະດຸທີ່ເຄື່ອນໄຫວທີ່ມີຢູ່ແລ້ວໂດຍການ doping ດ້ວຍອົງປະກອບຕ່າງປະເທດ [10, 11] ຫຼືການຄວບຄຸມ stoichiometry [12, 13, 14, 15, 16] ກໍ່ສາມາດເພີ່ມ diffusivity ຂອງ ions Li ແລະດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມອັດຕາການສາກໄຟຂອງວັດສະດຸທີ່ເຄື່ອນໄຫວແບບດັ້ງເດີມດ້ວຍຂະໜາດ micrometre. ວິທີການສ່ວນຫຼາຍແມ່ນ, ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ມີປະສິດທິພາບໃນການເສຍສະຫຼະຄວາມຈຸສະເພາະ. ນອກຈາກນັ້ນ, ນອກເໜືອຈາກຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ ແລະ ການສາກໄຟໄວ, ການບັນລຸອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງວົງຈອນທີ່ຍາວນານ, ໂດຍສະເພາະຢູ່ທີ່ອຸນຫະພູມສູງ (ເຊັ່ນ: 60 °C), ຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍສຳລັບ LIBs ທີ່ກ້າວໜ້າເຊິ່ງລວມເອົາວັດສະດຸ electrode ທີ່ມີຄວາມຈຸສູງ. ໃນຂະນະທີ່ oxide ວັດສະດຸຊັ້ນ nickel (Ni)-rich ແລະ Li-rich ຖືກພິຈາລະນາເປັນວັດສະດຸ cathode ທີ່ຈະມາເຖິງເນື່ອງຈາກຄວາມຈຸສະເພາະຂອງພວກມັນທີ່ສູງກວ່າເມື່ອທຽບກັບ LiCoO2 ທີ່ເປັນຄູ່ແຂ່ງ, ມັນເປັນທີ່ຮູ້ກັນດີວ່າ cation-mixing ທີ່ຫຼີກລ່ຽງບໍ່ໄດ້ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟໄດ້ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງຊັ້ນເສື່ອມສະຫຼາຍເປັນໂຄງສ້າງ spinel ຫຼື rock-salt, ພ້ອມກັບປະຕິກິລິยาຂ້າງຄຽງທີ່ບໍ່ຕ້ອງການຢູ່ເທິງໜ້າດິນ electrode. ເມື່ອພິຈາລະນາຄວາມພະຍາຍາມທີ່ໄດ້ດຳເນີນມາ, ໜຶ່ງໃນວິທີແກ້ໄຂທີ່ເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍທີ່ສຸດເພື່ອບັນລຸການສາກໄຟໄວຂອງວັດສະດຸ cathode ຢ່າງທັນທີທັນໃດດ້ວຍການສູນເສຍພະລັງງານ ແລະ ອາຍຸການໃຊ້ງານຂອງວົງຈອນໜ້ອຍທີ່ສຸດ ປະກອບມີການຊອກຫາວັດສະດຸປ້ອງກັນທີ່ນຳໄຟຟ້າທີ່ສາມາດເຄືອບຢ່າງເປັນເອກະພາບເທິງວັດສະດຸທີ່ເຄື່ອນໄຫວດ້ວຍເນື້ອໃນໜ້ອຍທີ່ສຸດ. ການຊອກຫາວັດສະດຸ anode ທີ່ກ້າວໜ້າກໍ່ເປັນສິ່ງຈຳເປັນ ເພາະວ່າ anode graphite ປະຈຸບັນປະສົບກັບການຝາກ Li metal ໃນລະຫວ່າງການສາກໄຟດ້ວຍອັດຕາສູງ. ຢູ່ທີ່ນີ້, ພວກເຮົາລາຍງານການປະກອບ graphene–silica (SiO x), ເອີ້ນວ່າ graphene ball (GB), ເປັນວັດສະດຸເຄືອບສຳລັບວັດສະດຸ cathode ຊັ້ນ Ni-rich ທີ່ມີຄວາມຈຸສູງ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບວັດສະດຸ anode LIB. ແຕ່ລະ GB ປະກອບດ້ວຍສູນກາງ nanoparticle SiO x ແລະຊັ້ນ graphene ທີ່ຢູ່ອ້ອມຮອບ, ສ້າງເປັນໂຄງສ້າງ popcorn ແບບສາມມິຕິ (3D). nanoparticles SiO x ມີບົດບາດສຳຄັນໃນຫຼາຍດ້ານ, ເຊັ່ນ: ການປ້ອງກັນການສ້າງຊັ້ນ silicon carbide (SiC) ຢູ່ທີ່ interface SiO x –graphene ໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene, ການຮັບປະກັນການເຄືອບ GB ທີ່ເປັນເອກະພາບເທິງວັດສະດຸ cathode, ແລະການສະໜອງຄວາມຈຸສະເພາະສູງເມື່ອ GB ຖືກໃຊ້ເປັນວັດສະດຸ anode. ການເຄືອບ GB ທີ່ເປັນເອກະພາບເທິງ cathode ຊັ້ນ Ni-rich ໄດ້ເພີ່ມຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງ interface ກັບ electrolyte ແລະການນຳໄຟຟ້າເອເລັກໂຕຣນິກໃນ electrode, ປັບປຸງ cyclability ແລະຄວາມສາມາດໃນການສາກໄຟໄວຂອງ cathode ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ເອົາປະໂຫຍດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງ GB, full-cell ທີ່ປະກອບດ້ວຍ cathode ທີ່ເຄືອບ GB ແລະ anode GB ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງຄວາມຫນາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານໃກ້ 800 Wh L−1 ໃນສະພາບ cell ການຄ້າ, ຮ່ວມກັບ 78.6% ຂອງຄວາມຈຸທີ່ຍັງຄົງຢູ່ຫຼັງຈາກ 500 ວົງຈອນທີ່ 5C ແລະ 60 °C. ຜົນໄດ້ຮັບ ການສັງເຄາະ graphene ball ເພື່ອສັງເຄາະ GB ແບບ popcorn,ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາຂະບວນການ deposition ໂດຍໃຊ້ທາດແກັສເຄມີ (CVD) ສຳລັບການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene.ອາຍແກັສ CH4 ຖືກປ້ອນເຂົ້າໄປໃນ furnace ພາຍໃຕ້ການມີຢູ່ຂອງ nanoparticles SiO2 ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 20–30 nm ທີ່ 1000 °C. ທີ່ອຸນຫະພູມນີ້, CH4 ຈະແຕກຕົວເປັນ hydrogen atoms, ເຊິ່ງຕໍ່ມາສາມາດຫຼຸດ SiO2 ໃຫ້ເປັນ SiO x (x < 2). OH− ກໍ່ຖືກຜະລິດຂຶ້ນພ້ອມໆກັນຜ່ານປະຕິກິລິยาຕໍ່ໄປນີ້: ຄຸນນະສົມບັດຫຼັກໃນປະຕິກິລິยา ນີ້ແມ່ນວ່າ SiO x ທີ່ຜະລິດຂຶ້ນສະໜອງຈຸດ catalytic សម្រាប់ការຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene, ແລະ OH− ປະຕິບັດເປັນ oxidant ທີ່ອ່ອນໂຍນເພື່ອອໍານວຍຄວາມສະດວກໃນການສ້າງຄາບອນ graphitic ໄປສູ່ graphene [14, 15]. ບົດບາດຂອງ oxidants ທີ່ອ່ອນໂຍນໃນການສ້າງຄາບອນ graphitic ໄດ້ຖືກອະທິບາຍບໍ່ດົນມານີ້ [16] ໂດຍວິທີທີ່, ໂດຍບໍ່ມີ oxidant ທີ່ອ່ອນໂຍນ, ການສ້າງຄາບອນ amorphous ຈະເປັນທີ່ໂດດເດັ່ນຫຼາຍຂຶ້ນ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ພາຍໃຕ້ການມີຢູ່ຂອງ oxidant ທີ່ອ່ອນໂຍນ, ມັນໄດ້ຖືກຄົ້ນພົບວ່າປະຕິກິລິยาໄປສູ່ການສ້າງ CO ຫຼື CO2 ຈະເປັນທີ່ນິຍົມຫຼາຍກວ່າສຳລັບອະຕອມຄາບອນ, ເຊິ່ງຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນຈະກາຍເປັນຄາບອນ amorphous. ຕົວຈິງແລ້ວ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ຢ່າງງ່າຍດາຍໂດຍໃຊ້ catalytic ໂລຫະແມ່ນເປັນທີ່ຮູ້ຈັກວ່າເກີດຂຶ້ນໃນແບບທີ່ຄ້າຍຄືກັນ [17, 18, 19], ບ່ອນທີ່ອົກຊີເຈນທີ່ຍັງຄົງຢູ່ເທິງໜ້າດິນໂລຫະນຳໄປສູ່ປະຕິກິລິยาທີ່ນິຍົມໄປສູ່ການສ້າງຄາບອນ graphitic. ການມີຢູ່ຂອງ oxidant ທີ່ອ່ອນໂຍນປ້ອງກັນການສ້າງຊັ້ນ silicon carbide (SiC) ຢູ່ເທິງໜ້າດິນຂອງ SiO x ເພາະວ່າ oxidant ປ້ອງກັນການຫຼຸດ SiO ໄປສູ່ການສ້າງ SiC [19]. ໃນ scheme ປະຕິກິລິยาຂອງພວກເຮົາ ໂດຍອີງໃສ່ການໃຊ້ CH4 ຢ່າງດຽວ, ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ຳກວ່າ 900 °C, graphene ແທບຈະບໍ່ຂະຫຍາຍຕົວ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ທີ່ 1050 °C ແລະສູງກວ່າ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໄດ້ກາຍເປັນການຮຸກຮານຫຼາຍເກີນໄປໄປສູ່ການສ້າງ graphite (Supplementary Fig. 1). ໂດຍສະເພາະ,ອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍຕົວ 1000 °C ຕ່ຳກວ່າອຸນຫະພູມ (1100–1400 °C) ທີ່ໃຊ້ທົ່ວໄປສຳລັບການຂະຫຍາຍຕົວ graphene ໂດຍໃຊ້ CVD ໂດຍອີງໃສ່ substrate Si ແລະ SiO2 ໂດຍບໍ່ມີ catalytic ໂລຫະ [20, 21, 22]. ບົດບາດສຳຄັນຂອງສະພາບແວດລ້ອມການຂະຫຍາຍຕົວໄດ້ຖືກຊີ້ແຈງໂດຍການທົດລອງຄວບຄຸມ (Supplementary Fig. 2); ປະຕິບັດຕາມຂະບວນການ CVD ແບບດັ້ງເດີມໂດຍໃຊ້ catalytic ໂລຫະ, CH4 ແລະ H2 ຖືກປ້ອນໃນອັດຕາການໄຫຼປະລິມານ 3:7 ທີ່ 1000 °C. ເນື່ອງຈາກການແຕກຕົວຂອງ CH4 ຖືກຂັດຂວາງໂດຍ H2 ປະລິມານຫຼາຍ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ແທ້ຈິງຊ້າຫຼາຍ, ເປີດເຜີຍຄວາມສຳຄັນຂອງການໃຊ້ CH4 ຢ່າງດຽວໃນການຂະຫຍາຍຕົວ graphene ທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນ protocol ການສັງເຄາະຂອງພວກເຮົາ. ໂດຍລວມແລ້ວ, ການເລືອກສານຕັ້ງຕົ້ນ ແລະ ອຸນຫະພູມປະຕິກິລິยาໃນ scheme ປະຕິກິລິยาໃນປະຈຸບັນແຕກຕ່າງຈາກຄູ່ແຂ່ງ CVD ທີ່ໃຊ້ catalytic ໂລຫະ ແລະ ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການຜະລິດການປະກອບ graphene–SiO x ດ້ວຍໂຄງສ້າງສາມມິຕິ. ການວິເຄາະ scanning electron microscope (SEM) (Supplementary Fig. 3a–f) ແລະ transmission electron microscope (TEM) (Fig. 1a–g) ທີ່ໄດ້ປະຕິບັດໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD ສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນເຖິງການປ່ຽນແປງໃນການຂະຫຍາຍຕົວ ແລະ morphology ຂອງ graphene. ຫຼັງຈາກ 5 ນາທີຂອງຂະບວນການ CVD, ຟິล์ມ graphene ທີ່ມີຄວາມໜາ 2-3 ຊັ້ນໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຢ່າງຄຸ້ນເຄີຍຕາມໜ້າດິນຂອງ SiO2 (Fig. 1b, e), ໂດຍທີ່ສີຂອງຜົງປ່ຽນເປັນສີດຳ (Supplementary Fig. 3g). ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໄດ້ກາຍເປັນທີ່ໂດດເດັ່ນຫຼາຍຂຶ້ນ ຫຼັງຈາກ 30 ນາທີຂອງຂະບວນການ CVD, ບ່ອນທີ່ morphology ແຜ່ນ 3D ໄດ້ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນ (Fig. 1c, f). ຮູບພາບ TEM ທີ່ຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂຶ້ນ (Fig. 1g) ຈັບເອົາການຈັດວາງອະຕອມແບບຫົກແຈໃນພາກສ່ວນຂອງ graphene, ເຊິ່ງສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນໜ້າດ້ານຂອງມັນ. ຫຼັງຈາກ 30 ນາທີ, ມັນໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນເຊັ່ນກັນວ່າຂະໜາດຂອງ nanoparticles SiO2 ຫຼຸດລົງຈາກ 28.2 ຫາ 15.3 nm ໂດຍສະເລ່ຍ (Supplementary Fig. 4). ສິ່ງນີ້ເກີດຂຶ້ນເພາະວ່າການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ປະກອບມີການຫຼຸດ SiO2 ທີ່ກ່າວມາຂ້າງເທິງ ແລະ ການສ້າງ OH− ຕາມມາ. ດັ່ງນັ້ນ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໂດຍລວມແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບ popcorn ທີ່ຂະຫຍາຍອອກໃນໂຄງສ້າງ bulk 3D, ຜະລິດອອກມາໃນການເສຍສະຫຼະເມັດພືດຕົ້ນສະບັບ (Fig. 1h). ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ Graphene ຈາກ nanoparticles SiO2. – TEM characterization ກ່ອນການຂະຫຍາຍຕົວ CVD, ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວ 5 ນາທີ, ແລະ ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວ 30 ນາທີ (ແຖບຂະໜາດ, 50 nm). – ຮູບພາບຂະຫຍາຍທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຂອງພວກມັນ (ແຖບຂະໜາດ, 10 nm). ຮູບພາບຂະຫຍາຍສູງຂອງ graphene ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວ 30 ນາທີ ແລະ ວິວລະດັບອະຕອມຂອງມັນຈາກກ່ອງສີຂາວ (inset) (ແຖບຂະໜາດ, 2 nm). ຮູບປະກອບກຣາຟິກຂອງການຂະຫຍາຍຕົວ graphene ແບບ popcorn ຈາກ nanoparticles SiO2 a c a b c d f g h ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໄດ້ຖືກອະທິບາຍຕື່ມອີກໂດຍການວິເຄາະເພີ່ມເຕີມ. X-ray diffraction (XRD) spectra ທີ່ໄດ້ຮັບໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍຕົວຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າເມື່ອຂະບວນການ CVD ດຳເນີນໄປ, ເສັ້ນໂຄ້ງທີ່ 2θ = 26.44° ແລະ 44°, ສອດຄ້ອງກັບລະນາບ (002) ແລະ (101) ຂອງ graphite, ໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ (Fig. 2a), ເຊິ່ງຢືນຢັນອີກຄັ້ງໜຶ່ງການສ້າງຄາບອນ graphitic [23, 24, 25]. ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ຍັງໄດ້ຖືກສະທ້ອນໃນເສັ້ນໂຄ້ງທີ່ 284.5 ແລະ 291.5 eV ໃນສາຂາ C 1s ຂອງ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis (Fig. 2b) [22, 23]. ເສັ້ນໂຄ້ງທີ່ 284.5 eV ຖືກກຳນົດໃຫ້ເປັນພັນທະບັດ C–C ແລະ C = C, ເຊິ່ງປາກົດຢ່າງໂດດເດັ່ນຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍຕົວ 30 ນາທີເນື່ອງຈາກການສ້າງຄາບອນ graphitic. ເສັ້ນໂຄ້ງ XPS ທີ່ກ້າວໜ້າໃນສາຂາ Si 1s ຂອງ XPS analysis (Fig. 2c) ຢືນຢັນອີກຄັ້ງ [25] ການຫຼຸດ SiO2 ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD. ດ້ວຍການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງເວລາການຂະຫຍາຍຕົວ, ເສັ້ນໂຄ້ງທີ່ຢູ່ໃກ້ 103 eV ໄດ້ຍ້າຍໄປຫາພະລັງງານການຜູກມັດຕ່ຳກວ່າເນື່ອງຈາກລັດ oxidation ຂອງ Si ທີ່ຫຼຸດລົງ. ອີງໃສ່ການມີຢູ່ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂົ້ນຂອງສັນຍານຄາບອນໃນ energy dispersive X-ray (EDX) mapping (Fig. 2d–g), ມັນໄດ້ຖືກພົບວ່າແມ້ແຕ່ຫຼັງຈາກ 5 ນາທີ, ການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໄດ້ເກີດຂຶ້ນຕາມໜ້າດິນຂອງ SiO x , ແລະຫຼັງຈາກ 30 ນາທີ, ການຂະຫຍາຍຕົວໄດ້ແຜ່ຂະຫຍາຍໄປທົ່ວພື້ນທີ່ຮູບພາບທັງໝົດ, ໃນຂະນະທີ່ Si ແລະ O ຍັງຄົງແຈກຢາຍຢ່າງເປັນເອກະພາບ. ສ່ວນນ້ຳໜັກຂອງ graphene, ແລະ ຜົນໄດ້ຮັບຂອງການວິເຄາະ Raman, ພື້ນທີ່ໜ້າດິນສະເພາະ, ແລະ conductivity ຂອງ GB ທີ່ເວລາການຂະຫຍາຍຕົວ CVD ທີ່ແຕກຕ່າງກັນແມ່ນສະຫຼຸບໃນ Table 1. ສຳລັບພື້ນທີ່ໜ້າດິນສະເພາະ, ການຫຼຸດລົງຂອງມັນເມື່ອເວລາປະຕິກິລິยาເພີ່ມຂຶ້ນແມ່ນເປັນຍ້ອນ graphitization ທີ່ກ້າວໜ້າໃນລະຫວ່າງນັ້ນຊັ້ນ graphene ຖືກລວມເຂົ້າກັນ ແລະ ວາງຊ້ອນກັນ. ການວິເຄາະ Raman ແລະ thermogravimetric (TG) ລະອຽດແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນ Supplementary Fig. 5. ການວິເຄາະ graphene-ball ໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍຕົວຂອງມັນ. – ຕິດຕາມການຂະຫຍາຍຕົວຂອງ graphene ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD ໂດຍໃຊ້ XRD, XPS ໃນສາຂາ C 1s, ແລະ XPSສາຂາ Si 2p. – EDX elemental mapping ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ C, O, ແລະ Si ຫຼັງຈາກ , 5 ນາທີ ແລະ , 30 ນາທີການຂະຫຍາຍຕົວ graphene ຈາກ SiO2 (ແຖບຂະໜາດ, 50 nm) a c a b c d g d e f g ການເຄືອບ graphene ball ເທິງ cathode ຊັ້ນ Ni-rich ເນື່ອງຈາກ morphology ທີ່ເປັນຊັ້ນໜ້າຄືອະຕອມ, graphene ໄດ້ຖືກຖືວ່າເປັນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບການເຄືອບປ້ອງກັນໜ້າດິນຂອງວັດສະດຸ cathode ທີ່ມີຄວາມຈຸສູງ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ໃນກໍລະນີຂອງຂະບວນການ solution ທີ່ຮູ້ຈັກດີ [26, 27, 28, 29] ໂດຍອີງໃສ່ວິທີການ Hummer, ການບັນລຸການເຄືອບທີ່ເປັນເອກະພາບດ້ວຍເນື້ອໃນ graphene ທີ່ຈຳກັດແມ່ນບໍ່ແມ່ນເລື່ອງງ່າຍເນື່ອງຈາກການລວມກັນ, ເຊິ່ງເກີດຂຶ້ນຈາກການໂຕ້ຕອບ electrostatic ທີ່ແຂງແກ່ນລະຫວ່າງແຜ່ນ graphene. ໃນຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຈະເອົາຊະນະບັນຫາການລວມກັນ, ວິທີການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊັ່ນການທຸບ graphite ໂດຍໃຊ້ຂະບວນການ ball-milling, ໄດ້ຖືກນຳສະເໜີ [30]. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຂະບວນການນີ້ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວຊ້າ (>6 h) ແລະ, ສິ່ງທີ່ສຳຄັນກວ່ານັ້ນ, ສາມາດທຳລາຍ crystallinity ຂອງວັດສະດຸຫຼັກ. ຄວນສັງເກດເຊັ່ນກັນວ່າການເຄືອບຄາບອນ amorphous ໂດຍຂະບວນການ CVD ບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ກັບວັດສະດຸ oxide Ni-rich [31, 32] ເພາະວ່າຂະບວນການ CVD ໄດ້ສະກັດເອົາໂລຫະທັງໝົດ (TMs), ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງ crystal ຕົ້ນສະບັບຂອງວັດສະດຸຫຼັກປັ່ນປ່ວນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, GB ທີ່ສັງເຄາະໄດ້ໃນການສຶກສານີ້ສາມາດເຄືອບເທິງໜ້າດິນຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ຜົງ (ຂະໜາດ = ~10 µm) ດ້ວຍເນື້ອໃນໜ້ອຍທີ່ສຸດ 1 wt% ຜ່ານຂະບວນການ Nobilta milling ທີ່ອ່ອນໂຍນ. ຂະບວນການເຄືອບຍັງຂ້ອນຂ້າງໄວ (~10 min ທີ່ 3000 rpm). ແກ່ນ SiO x ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການອະນຸຍາດໃຫ້ການເຄືອບທີ່ເປັນເອກະພາບນີ້ໃນເນື້ອໃນນ້ຳໜັກໜ້ອຍ. ແກ່ນ SiO x ປະກອບເປັນ 57.5 wt% ຂອງ GB (ຜົນການວິເຄາະ TG ໃນ Supplementary Fig. 5b) ແລະໃນຂະບວນການເຄືອບ, ການມີຢູ່ຂອງມັນອະນຸຍາດໃຫ້ GB ໃຊ້ອຳນາດການຕັດຕໍ່ໜ້າດິນຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2, ສ້າງການໂຕ້ຕອບທີ່ໃກ້ຊິດ ແລະ ເຖິງແມ່ນການເຈາະ. ເພື່ອຢືນຢັນປະກົດການນີ້, ຂະບວນການເຄືອບດຽວກັນໄດ້ຖືກປະຕິບັດດ້ວຍການປະສົມທາງກາຍະພາບຂອງ SiO2 0.5 wt% ແລະ graphene 0.5 wt%. ຕົວຢ່າງນີ້ໄດ້ປະສົບກັບຄວາມເສຍຫາຍຂອງ crystalline ຢູ່ບໍລິເວນໜ້າດິນຂອງ NCM ຍ້ອນການປະທະກັນຢ່າງຮຸນແຮງລະຫວ່າງອະນຸພາກ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ເຊັ່ນດຽວກັນກັບລະຫວ່າງອະນຸພາກ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ແລະຝາຜະໜັງ reactor (Supplementary Fig. 6). ປະກົດການເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂຶ້ນໂດຍການລວມກັນຂອງ graphene ທີ່ເກີດຂຶ້ນໂດຍບໍ່ມີໂຄງສ້າງ 3D ທີ່ປະກອບມີສູນກາງອະນຸພາກ SiO x. ການເຄືອບ GB ທີ່ເປັນເອກະພາບໄດ້ຖືກຢືນຢັນໂດຍການວິເຄາະ SEM ແລະ TEM. ຕໍ່ໄປນີ້, LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ກ່ອນ ແລະ ຫຼັງການເຄືອບ GB ຈະຖືກເອີ້ນວ່າ pristine NCM ແລະ GB-NCM, ຕາມລຳດັບ. ຮູບພາບ SEM ທີ່ມີການຂະຫຍາຍຕໍ່າຂອງ NCM ກ່ອນ ແລະ ຫຼັງການເຄືອບ GB (Fig. 3a, b, Supplementary Fig. 6a, b) ສະແດງ morphology ທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍ ເນື່ອງຈາກການແຈກຢາຍ GB ທີ່ມີເນື້ອໃນຕ່ຳທີ່ເປັນເອກະພາບ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ຮູບພາບ SEM ທີ່ມີການຂະຫຍາຍສູງຂຶ້ນຂອງ GB-NCM ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ GB ໄດ້ເຈາະເຂົ້າໄປໃນຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງອະນຸພາກຕົ້ນຕໍຂອງ NCM (Fig. 3d). ການເຈາະຂອງ GB ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນໄດ້ຊັດເຈນຂຶ້ນໃນຮູບພາບ TEM (Fig. 3e, f). ໃນ Fig. 3e, ແຜ່ນ graphene ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຢູ່ໃນຊ່ອງຫວ່າງເປີດຢູ່ເທິງອະນຸພາກ NCM (ເບິ່ງເສັ້ນປະສອງສີແດງ). ແຜ່ນ graphene ບາງອັນໄດ້ຖືກຈັດວາງຕາມໜ້າດິນຂອງ NCM ແລະ ສະແດງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນຄົງທີ່ 3.3 ຫາ 3.4 Å (Fig. 3f). ການເຄືອບ GB ເທິງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2. ຮູບພາບ SEM ຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 , ກ່ອນ (ແຖບຂະໜາດ, 2 µm ແລະ 200 nm, ຕາມລຳດັບ) ແລະ , ຫຼັງຈາກການເຄືອບ GB (ແຖບຂະໜາດ, 2 µm ແລະ 200 nm, ຕາມລຳດັບ). , ຮູບພາບ TEM ຂອງແຜ່ນ graphene (ແຖບຂະໜາດ, 5 nm). ຕັ້ງຢູ່ລະຫວ່າງອະນຸພາກຕົ້ນຕໍຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ແລະ ເຄືອບຕາມອະນຸພາກຕົ້ນຕໍຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2. , EDX elemental mapping ຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ C ແລະ Si (ແຖບຂະໜາດ, 2 µm). ກ່ອນ ແລະ ຫຼັງຈາກການເຄືອບ GB. Raman spectra ຂອງ GB, pristine LiNi0.6Co0.1Mn0.3 a c b d e f e f g h g h i