Mfulu Kupilira Kwambiri, Moyo Wautali: Chinyengo cha Graphene Chikuwongolera Mabatire a Lithium

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 ສັງລວມ ການປັບປຸງຄຸນສົມບັດໜຶ່ງໂດຍບໍ່ໄດ້ເສຍສະລະຄຸນສົມບັດອື່ນເປັນສິ່ງທ້າທາຍສຳລັບແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ ເນື່ອງຈາກການແລກປ່ຽນຄຸນຄ່າໃນບັນດາຕົວກໍານົດທີ່ສຳຄັນ. ຢູ່ທີ່ນີ້, ພວກເຮົາລາຍງານຂະບວນການຕົກຕະກອນທາງເຄມີເພື່ອປູກໜ່ວຍປະສົມກຣາຟີນ-ຊິລິກາ, ເອີ້ນວ່າບານກຣາຟີນ. ໂຄງສ້າງສາມມິຕິແບບຊັ້ນຂອງມັນທີ່ມີສູນກາງເປັນອະນຸພາກນ້ອຍຂອງຊິລິກອນອອກໄຊ, ເຮັດໃຫ້ບານກຣາຟີນພຽງແຕ່ 1 wt% ສາມາດເຄືອບໄດ້ເທົ່າທຽມກັນໃສ່ແຄໂທດຊັ້ນໃນນິເກີນ-ສູງ ໂດຍໃຊ້ຂະບວນການ Nobilta milling ທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້. ການເຄືອບບານກຣາຟີນຊ່ວຍເພີ່ມວົງຈອນຊີວິດ ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄວໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນປະຕິກິລິຢາຂ້າງຄຽງທີ່ເປັນອັນຕະລາຍ ແລະ ສະໜອງເສັ້ນທາງການນຳໄຟຟ້າທີ່ມີປະສິດທິພາບ. ບານກຣາຟີນເອງກໍ່ເປັນວັດສະດຸແອນໂອດທີ່ມີຄວາມສາມາດສະເພາະສູງເຖິງ 716.2 mAh g−1. ແບັດເຕີຣີເຕັມໜ່ວຍທີ່ນຳໃຊ້ບານກຣາຟີນເພີ່ມຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານຂຶ້ນ 27.6% ເມື່ອທຽບກັບແບັດເຕີຣີຄວບຄຸມທີ່ບໍ່ມີບານກຣາຟີນ, ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການບັນລຸ 800 Wh L−1 ຢູ່ໃນການຕັ້ງຄ່າແບັດເຕີຣີການຄ້າ, ພ້ອມກັບຄວາມສາມາດໃນການຮັກສາຄຸນນະພາບໄດ້ສູງເຖິງ 78.6% ຫຼັງຈາກ 500 ຮອບວຽນທີ່ 5C ແລະ 60 °C. ບົດນຳ ການພັດທະນາແບັດເຕີຣີລິທຽມ-ໄອອອນ (LIBs) ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໄດ້ນຳໄປສູ່ການປັບປຸງຢ່າງໂດດເດັ່ນໃນດ້ານຕ່າງໆຂອງການດຳເນີນງານ, ລວມທັງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ, ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງ, ຊີວິດວົງຈອນ, ແລະຄວາມປອດໄພ. ໃນປະຈຸບັນ, ອຸປະກອນ IT ທີ່ເຄື່ອນທີ່ບັນຈຸສັດສ່ວນທີ່ສຳຄັນຂອງຄຳຮ້ອງສະໝັກ LIB, ບ່ອນທີ່ຂໍ້ກຳນົດການດຳເນີນງານຂອງ LIBs ທີ່ທັນສະໄໝສ່ວນຫຼາຍແມ່ນເປັນທີ່ໜ້າພໍໃຈ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ເນື່ອງຈາກລົດໄຟຟ້າ (EVs) ໄດ້ເຈາະຕະຫຼາດ LIB, ຄຸນລັກສະນະທາງໄຟຟ້າ-ເຄມີທີ່ສຳຄັນໄດ້ກຳນົດມາດຕະຖານທີ່ທ້າທາຍກວ່າ; ໃນຂະນະທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານທີ່ສູງຂຶ້ນແມ່ນເປັນທີ່ຕ້ອງການສຳລັບໄລຍະທາງການຂັບຂີ່ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຈັງຫວະການປະຕິກິລິຍາທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນແມ່ນເປັນທີ່ຕ້ອງການສຳລັບການສາກໄວ ແລະ ການດຳເນີນງານອັດຕາສູງ. ຄວາມປອດໄພກໍ່ເປັນປັດໄຈທີ່ສຳຄັນສຳລັບຄຳຮ້ອງສະໝັກ EV. ຄວາມທ້າທາຍອັນໃຫຍ່ຫຼວງແມ່ນການເອົາຊະນະຄວາມສຳພັນຂອງການແລກປ່ຽນໃນບັນດາຄຸນສົມບັດທີ່ສຳຄັນເຫຼົ່ານີ້; ໂດຍທົ່ວໄປແລ້ວມັນບໍ່ແມ່ນເລື່ອງງ່າຍທີ່ຈະປັບປຸງຄຸນສົມບັດໜຶ່ງໂດຍບໍ່ໄດ້ເສຍສະລະຄຸນສົມບັດອື່ນ. ຄວາມສຳພັນຂອງການແລກປ່ຽນດັ່ງກ່າວແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນໂດຍສະເພາະລະຫວ່າງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ ແລະ ການສາກໄວ (ຫຼືຄວາມສາມາດຂອງພະລັງ). ໃນຂະນະທີ່ການນຳໃຊ້ nanomatertials ເປັນອົງປະກອບທີ່ໃຊ້ການໄດ້ ແລະ ການລວມ nanomatertials ຂອງຄາບອນ ເປັນຕົວແທນຂອງການນຳໄຟຟ້າ ໄດ້ສະແດງອັດຕາການສາກທີ່ດີຂຶ້ນໂດຍການຫຼຸດຜ່ອນໄລຍະທາງການແຜ່ກະຈາຍຂອງໄອອອນ ແລະ ຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ວິທີການສ່ວນຫຼາຍເຫຼົ່ານີ້ຍັງຕ້ອງການການປັບປຸງຕື່ມອີກກ່ອນທີ່ພວກມັນຈະສາມາດນຳໄປໃຊ້ໃນເຕັກໂນໂລຢີ LIB ປະຈຸບັນໄດ້. ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງ nanomatertials ຕ່ຳກວ່າອະນຸພາກຂະໜາດນ້ອຍຫຼາຍ, ເຊິ່ງເປັນອັນຕະລາຍຕໍ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານ, ເຊິ່ງເປັນປັດໄວຍຸດທະສາດສຳລັບຄຳຮ້ອງສະໝັກ LIB ຫຼາຍແຫ່ງຫຼາຍກວ່າຄູ່ສູ້ກັນ. ໃນສະພາບການທີ່ຄ້າຍຄືກັນກັບການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມຕ້ານທານພາຍໃນ, ການປະສົມ nanomatertials ຂອງຄາບອນເຊັ່ນ graphene ໄດ້ພິສູດແລ້ວວ່າ ມີປະສິດທິພາບໃນການເພີ່ມການນຳໄຟຟ້າຂອງ electrodes ທີ່ຜະລິດໃນຫ້ອງທົດລອງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການບັນລຸການແຈກຢາຍເທົ່າທຽມກັນຂອງເນື້ອໃນນ້ຳໜັກໜ້ອຍ (ເຊັ່ນ: <3 wt%) ຂອງ nanomatertials ຂອງຄາບອນໃນຂະບວນການ slurry ຂະໜາດໃຫຍ່ຍັງບໍ່ທັນໄດ້ສະແດງເທື່ອ. ການດັດແປງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ການໄດ້ທີ່ມີຢູ່ແລ້ວໂດຍການ doping ດ້ວຍອົງປະກອບຕ່າງປະເທດ ຫຼື ການຄວບຄຸມ stoichiometry ກໍ່ສາມາດເພີ່ມການແຜ່ກະຈາຍຂອງ Li ions ແລະ ດັ່ງນັ້ນ, ອັດຕາການສາກຂອງວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ການໄດ້ແບບດັ້ງເດີມທີ່ມີຂະໜາດ micrometre ໄດ້. ວິທີການສ່ວນຫຼາຍເຫຼົ່ານີ້, ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ມີປະສິດທິພາບໃນລາຄາຂອງຄວາມສາມາດສະເພາະ. ນອກຈາກນັ້ນ, ນອກເຫນືອຈາກຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານ ແລະ ການສາກໄວ, ການບັນລຸຊີວິດວົງຈອນຍາວ, ໂດຍສະເພາະທີ່ອຸນຫະພູມສູງ (ເຊັ່ນ: 60 °C), ຍັງຄົງເປັນສິ່ງທ້າທາຍສຳລັບ LIBs ທີ່ທັນສະໄໝທີ່ປະກອບມີວັດສະດຸ electrode ທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງ. ໃນຂະນະທີ່ວັດສະດຸ oxide ຊັ້ນໃນນິເກີນ (Ni)-ສູງ ແລະ Li-ສູງ ໄດ້ຖືກພິຈາລະນາເປັນວັດສະດຸ cathode ທີ່ຈະມາເຖິງເນື່ອງຈາກຄວາມສາມາດສະເພາະທີ່ດີກວ່າເມື່ອທຽບກັບຄູ່ຮ່ວມ LiCoO2 ແບບຄລາສສິກ, ມັນເປັນທີ່ຮູ້ກັນດີວ່າການປະສົມ cation ທີ່ຫຼີກລ້ຽງບໍ່ໄດ້ໃນລະຫວ່າງການສາກໄດ້ທຳລາຍໂຄງສ້າງຊັ້ນໄປສູ່ໂຄງສ້າງ spinel ຫຼື rock-salt, ພ້ອມກັບປະຕິກິລິຢາຂ້າງຄຽງທີ່ບໍ່ຕ້ອງການຢູ່ເທິງພື້ນຜິວ electrode. ໂດຍການພິຈາລະນາຄວາມພະຍາຍາມທີ່ໄດ້ດຳເນີນມາ, ໜຶ່ງໃນການແກ້ໄຂທີ່ເປັນໄປໄດ້ຫຼາຍທີ່ສຸດສຳລັບການບັນລຸການສາກໄວຂອງວັດສະດຸ cathode ດ້ວຍການສູນເສຍພະລັງງານ ແລະ ຊີວິດວົງຈອນທີ່ໜ້ອຍທີ່ສຸດ, ລວມມີການຊອກຫາວັດສະດຸປ້ອງກັນທີ່ນຳໄຟຟ້າໄດ້ ເຊິ່ງສາມາດເຄືອບເທົ່າທຽມກັນໃສ່ວັດສະດຸທີ່ໃຊ້ການໄດ້ດ້ວຍເນື້ອໃນໜ້ອຍທີ່ສຸດ. ການຊອກຫາວັດສະດຸ anode ທີ່ທັນສະໄໝກໍ່ເປັນສິ່ງຈຳເປັນເຊັ່ນກັນ ເນື່ອງຈາກ anode graphite ປະຈຸບັນປະສົບກັບການຝາກ Li metal ໃນລະຫວ່າງການສາກອັດຕາສູງ. ຢູ່ທີ່ນີ້, ພວກເຮົາລາຍງານໜ່ວຍປະສົມ graphene–silica (SiO ), ເອີ້ນວ່າບານກຣາຟີນ (GB), ເປັນວັດສະດຸເຄືອບສຳລັບວັດສະດຸ cathode ຊັ້ນໃນນິເກີນ-ສູງທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບວັດສະດຸ anode LIB. ແຕ່ລະ GB ປະກອບດ້ວຍສູນກາງເປັນ nanopoarticle SiO ແລະ ຊັ້ນ graphene ທີ່ຢູ່ອ້ອມຮອບ, ສ້າງເປັນໂຄງສ້າງສາມມິຕິ (3D) ຄ້າຍປັອບຄອນ. nanopoarticle SiO ມີບົດບາດສຳຄັນໃນຫຼາຍດ້ານ, ເຊັ່ນ: ການປ້ອງກັນການເກີດຊັ້ນ silicon carbide (SiC) ຢູ່ທີ່ຮອຍຕໍ່ SiO –graphene ໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍ graphene, ຮັບປະກັນການເຄືອບ GB ທີ່ເທົ່າທຽມກັນໃສ່ວັດສະດຸ cathode, ແລະ ສະໜອງຄວາມສາມາດສະເພາະສູງເມື່ອ GB ຖືກນຳໃຊ້ເປັນວັດສະດຸ anode. ການເຄືອບ GB ທີ່ເທົ່າທຽມກັນໃສ່ cathode ຊັ້ນໃນນິເກີນ-ສູງເພີ່ມຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງຮອຍຕໍ່ກັບ electrolyte ແລະ ການນຳໄຟຟ້າໃນ electrode, ເຊິ່ງປັບປຸງຄຸນນະພາບຂອງ cathode ແລະ ຄວາມສາມາດໃນການສາກໄວຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ໂດຍການນຳໃຊ້ປະໂຫຍດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງ GB, ແບັດເຕີຣີເຕັມໜ່ວຍທີ່ປະກອບດ້ວຍ cathode ທີ່ເຄືອບດ້ວຍ GB ແລະ anode GB ສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງພະລັງງານປະລິມານໃກ້ 800 Wh L−1 ໃນສະພາບແບັດເຕີຣີການຄ້າ, ພ້ອມກັບການຮັກສາຄຸນນະພາບ 78.6% ຫຼັງຈາກ 500 ຮອບວຽນທີ່ 5C ແລະ 60 °C. x x x x ຜົນການຄົ້ນພົບ ການສັງເຄາະບານກຣາຟີນ ເພື່ອສັງເຄາະ GB ຄ້າຍປັອບຄອນ, ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາຂະບວນການ chemical vapor deposition (CVD) ສຳລັບການຂະຫຍາຍ graphene. ອາຍແກັສ CH4 ໄດ້ຖືກປ້ອນເຂົ້າໃນເຕົາໄຟ ໂດຍມີ nanopoarticle SiO2 ທີ່ມີເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 20–30 nm ຢູ່ທີ່ 1000 °C. ທີ່ອຸນຫະພູມນີ້, CH4 ຈະແຕກຕົວອອກເພື່ອຜະລິດ hydrogen atoms, ເຊິ່ງຕໍ່ມາສາມາດຫຼຸດຜ່ອນ SiO2 ໃຫ້ເປັນ SiO ( < 2). OH− ກໍ່ຖືກຜະລິດອອກໃນເວລາດຽວກັນ ໂດຍປະຕິກິລິຢາດັ່ງນີ້: x x ຄຸນນະສົມບັດຫຼັກໃນປະຕິກິລິຢານີ້ແມ່ນ SiO ທີ່ຜະລິດຂຶ້ນໃຫ້ສະຖານທີ່ catalysis ສຳລັບການຂະຫຍາຍ graphene, ແລະ OH− ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ເປັນຕົວອອກຊິດໄຟອ່ອນ ເພື່ອຊຸກຍູ້ການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ graphite ໄປສູ່ graphene. ບົດບາດຂອງຕົວອອກຊິດໄຟອ່ອນໃນການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ graphite ໄດ້ຖືກອະທິບາຍຢ່າງມີເຫດຜົນເມື່ອບໍ່ດົນມານີ້ ໂດຍວິທີການທີ່, ຖ້າບໍ່ມີຕົວອອກຊິດໄຟອ່ອນ, ການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ amorphous ຈະໂດດເດັ່ນກວ່າ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໂດຍມີຕົວອອກຊິດໄຟອ່ອນ, ໄດ້ຄົ້ນພົບວ່າປະຕິກິລິຢາໄປສູ່ການກໍ່ຕົວຂອງ CO ຫຼື CO2 ຈະເປັນທີ່ຕ້ອງການສຳລັບອາຕອມຄາບອນທີ່ຖ້າບໍ່ດັ່ງນັ້ນຈະກາຍເປັນຄາບອນ amorphous. ຕາມຄວາມຈິງແລ້ວ, ການຂະຫຍາຍ graphene ທີ່ງ່າຍດາຍໂດຍໃຊ້ metal catalysts ໄດ້ຖືກຮູ້ວ່າເກີດຂຶ້ນໃນລັກສະນະດຽວກັນ, ບ່ອນທີ່ oxygen ທີ່ຍັງເຫຼືອຢູ່ເທິງພື້ນຜິວ metal ນຳໄປສູ່ປະຕິກິລິຢາທີ່ຕ້ອງການສຳລັບການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ graphite. ການມີຢູ່ຂອງຕົວອອກຊິດໄຟອ່ອນປ້ອງກັນການກໍ່ຕົວຂອງຊັ້ນ silicon carbide (SiC) ຢູ່ເທິງພື້ນຜິວຂອງ SiO ເນື່ອງຈາກຕົວອອກຊິດໄຟໄດ້ປ້ອງກັນການຫຼຸດຜ່ອນ Si ໄປສູ່ການກໍ່ຕົວຂອງ SiC. x x ໃນຮູບແບບປະຕິກິລິຢາຂອງພວກເຮົາທີ່ອີງໃສ່ການໃຊ້ CH4 ໂດຍສະເພາະ, ທີ່ອຸນຫະພູມຕ່ຳກວ່າ 900 °C, graphene ເກືອບບໍ່ຂະຫຍາຍ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ທີ່ 1050 °C ແລະ ສູງກວ່າ, ການຂະຫຍາຍ graphene ກາຍເປັນ aggressive ຫຼາຍເກີນໄປໄປສູ່ການກໍ່ຕົວຂອງ graphite (ຮູບຊົງເສີມ - 1). ທີ່ໜ້າສັງເກດ, ອຸນຫະພູມການຂະຫຍາຍ 1000 °C ຕ່ຳກວ່າທີ່ (1100–1400 °C) ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນໃຊ້ສຳລັບການຂະຫຍາຍ graphene ໂດຍອີງໃສ່ CVD ໂດຍໃຊ້ substrate Si ແລະ SiO2 ໂດຍບໍ່ມີ metal catalysts. ບົດບາດທີ່ສຳຄັນຂອງສະພາບແວດລ້ອມການຂະຫຍາຍໄດ້ຖືກຊີ້ແຈງໂດຍການທົດລອງຄວບຄຸມ (ຮູບຊົງເສີມ - 2); ປະຕິບັດຕາມຂະບວນການ CVD ແບບດັ້ງເດີມໂດຍໃຊ້ metal catalysts, CH4 ແລະ H2 ໄດ້ຖືກປ້ອນເຂົ້າດ້ວຍອັດຕາການໄຫຼປະລິມານ 3:7 ທີ່ 1000 °C. ເນື່ອງຈາກການແຕກຕົວຂອງ CH4 ໄດ້ຖືກຂັດຂວາງໂດຍປະລິມານ H2 ຫຼາຍ, ການຂະຫຍາຍ graphene ຈຶ່ງຊ້າລົງ, ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງຄວາມສຳຄັນຂອງການໃຊ້ CH4 ໂດຍສະເພາະໃນການຂະຫຍາຍ graphene ທີ່ມີປະສິດທິພາບໃນຮູບແບບການສັງເຄາະຂອງພວກເຮົາ. ໂດຍລວມແລ້ວ, ການເລືອກ reactants ແລະ ອຸນຫະພູມປະຕິກິລິຢາໃນຮູບແບບປະຕິກິລິຢາປະຈຸບັນນີ້ແຕກຕ່າງຈາກຄູ່ຮ່ວມ CVD ທີ່ໃຊ້ metal catalysts ທີ່ຜ່ານມາ ແລະ ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການຜະລິດໜ່ວຍປະສົມ graphene–SiO ດ້ວຍໂຄງສ້າງສາມມິຕິ. x ການວິເຄາະ series ຂອງ scanning electron microscope (SEM) (ຮູບຊົງເສີມ - 3a–f) ແລະ transmission electron microscope (TEM) (ຮູບ 1a–g) ທີ່ດຳເນີນການໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD ສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນການປ່ຽນແປງໃນການຂະຫຍາຍ graphene ແລະ morphology. ຫຼັງຈາກ 5 ນາທີຂອງຂະບວນການ CVD, film graphene ທີ່ມີຄວາມໜາ 2–3 ຊັ້ນໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຢ່າງລາງລາງຕາມພື້ນຜິວຂອງ SiO2 (ຮູບ 1b, e), ໂດຍສີຂອງຜົງກາຍເປັນສີດຳ (ຮູບຊົງເສີມ - 3g). ການຂະຫຍາຍ graphene ໄດ້ກາຍເປັນທີ່ໂດດເດັ່ນຫຼາຍຂຶ້ນຫຼັງຈາກ 30 ນາທີຂອງຂະບວນການ CVD, ບ່ອນທີ່ morphology ຂອງ sheet 3D ໄດ້ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນ (ຮູບ 1c, f). ຮູບພາບ TEM ທີ່ມີການຂະຫຍາຍສູງ (ຮູບ 1g) ຈັບເອົາການຈັດລຽງອາຕອມຫົກຫຼ່ຽມໃນສ່ວນຂອງ graphene, ເຊິ່ງສະທ້ອນໃຫ້ເຫັນພື້ນຖານຂອງມັນ. ຫຼັງຈາກ 30 ນາທີ, ຍັງໄດ້ສັງເກດເຫັນວ່າຂະໜາດຂອງ nanopoarticle SiO2 ໄດ້ຫຼຸດລົງຈາກ 28.2 ຫາ 15.3 nm ໂດຍສະເລ່ຍ (ຮູບຊົງເສີມ - 4). ນີ້ເກີດຂຶ້ນເນື່ອງຈາກການຂະຫຍາຍ graphene ລວມມີການຫຼຸດຜ່ອນ SiO2 ທີ່ກ່າວມາຂ້າງເທິງ ແລະ ການກໍ່ຕົວຂອງ OH− ຕາມມາ. ດັ່ງນັ້ນ, ການຂະຫຍາຍ graphene ທັງໝົດຈຶ່ງຄ້າຍຄືກັບປັອບຄອນທີ່ຂະຫຍາຍອອກໃນໂຄງສ້າງໜາແໜ້ນ 3D, ຜະລິດອອກມາໃນລາຄາຂອງເມັດພືດເດີມ (ຮູບ 1h). ການຂະຫຍາຍ graphene ຈາກ nanopoarticle SiO2. – ການວິເຄາະ TEM ກ່ອນການຂະຫຍາຍ CVD, ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍ 5 ນາທີ, ແລະ ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍ 30 ນາທີ (ແຖບມາດຕະການ, 50 nm). – ຮູບພາບຂະຫຍາຍຂອງເຂົາເຈົ້າຕາມລຳດັບ (ແຖບມາດຕະການ, 10 nm). ຮູບພາບຂະຫຍາຍສູງຂອງ graphene ຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍ 30 ນາທີ ແລະຮູບພາບລະດັບອາຕອມຈາກກ່ອງສີຂາວ (ພາຍໃນ) (ແຖບມາດຕະການ, 2 nm). ພາບປະກອບຄຳອະທິບາຍຂອງການຂະຫຍາຍ graphene ຄ້າຍປັອບຄອນ ຈາກ nanopoarticle SiO2 a c a b c d f g h ການຂະຫຍາຍ graphene ໄດ້ຖືກຊີ້ແຈງຕື່ມອີກໂດຍການວິເຄາະ series ທີ່ເພີ່ມເຕີມ. X-ray diffraction (XRD) spectra ທີ່ໄດ້ຮັບໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍ ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າເມື່ອຂະບວນການ CVD ດຳເນີນໄປ, ເສັ້ນສະແດງທີ່ 2θ = 26.44° ແລະ 44°, ສອດຄ່ອງກັບຍົນ (002) ແລະ (101) ຂອງ graphite, ໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ (ຮູບ 2a), ສະໜັບສະໜູນອີກຄັ້ງໜຶ່ງການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ graphite. ການຂະຫຍາຍ graphene ຍັງໄດ້ສະທ້ອນອອກໃນເສັ້ນສະແດງທີ່ 284.5 ແລະ 291.5 eV ໃນສາຂາ C 1s ຂອງ X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis (ຮູບ 2b). ເສັ້ນສະແດງທີ່ 284.5 eV ຖືກກຳນົດໃຫ້ເປັນພັນທະບັດ C–C ແລະ C = C, ເຊິ່ງໄດ້ປາກົດຢ່າງໂດດເດັ່ນຫຼັງຈາກການຂະຫຍາຍ 30 ນາທີ ເນື່ອງຈາກການກໍ່ຕົວຂອງຄາບອນ graphite. ເສັ້ນສະແດງ XPS ທີ່ກ້າວໜ້າໃນສາຂາ Si 1s ຂອງ XPS analysis (ຮູບ 2c) ຢືນຢັນ ການຫຼຸດລົງຂອງ SiO2 ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD. ດ້ວຍການເພີ່ມເວລາການຂະຫຍາຍ, ເສັ້ນສະແດງທີ່ຢູ່ໃກ້ 103 eV ໄດ້ປ່ຽນໄປຫາພະລັງງານການຜູກມັດຕ່ຳລົງເນື່ອງຈາກລັດອອກຊິດໄຟຂອງ Si ທີ່ຫຼຸດລົງ. ອີງໃສ່ການມີຢູ່ ແລະ ຄວາມເຂັ້ມຂອງສັນຍານຄາບອນໃນ energy dispersive X-ray (EDX) mapping (ຮູບ 2d–g), ໄດ້ພົບວ່າ ແມ້ແຕ່ຫຼັງຈາກ 5 ນາທີ, ການຂະຫຍາຍ graphene ໄດ້ເກີດຂຶ້ນຕາມພື້ນຜິວຂອງ SiO , ແລະ ຫຼັງຈາກ 30 ນາທີ, ການຂະຫຍາຍໄດ້ແຜ່ລາມໄປທົ່ວພື້ນທີ່ຮູບພາບທັງໝົດ, ໃນຂະນະທີ່ Si ແລະ O ຍັງຄົງແຈກຢາຍເທົ່າທຽມກັນ. ນ້ຳໜັກສ່ວນຂອງ graphene, ແລະ ຜົນການວິເຄາະ Raman, ພື້ນທີ່ສະເພາະ, ແລະ ການນຳໄຟຟ້າຂອງ GB ທີ່ເວລາການຂະຫຍາຍ CVD ຕ່າງກັນ ໄດ້ຖືກສະຫຼຸບໄວ້ໃນຕາຕະລາງ 1. ສໍາລັບພື້ນທີ່ສະເພາະ, ການຫຼຸດລົງຂອງມັນດ້ວຍການເພີ່ມເວລາປະຕິກິລິຢາແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການ graphitization ທີ່ກ້າວໜ້າເຊິ່ງຊັ້ນ graphene ໄດ້ຖືກລວມເຂົ້າກັນ ແລະ ວາງຊ້ອນກັນ. ການວິເຄາະ Raman ແລະ thermogravimetric (TG) ໂດຍລະອຽດ ໄດ້ສະເໜີໄວ້ໃນຮູບຊົງເສີມ - 5. x ການວິເຄາະບານກຣາຟີນໃນລະຫວ່າງການຂະຫຍາຍ. – ການຕິດຕາມການຂະຫຍາຍ graphene ໃນລະຫວ່າງຂະບວນການ CVD ໂດຍໃຊ້ XRD, XPS ໃນສາຂາ C 1s, ແລະ ສາຂາ Si 2p ຂອງ XPS. – EDX elemental mapping ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບ C, O, ແລະ Si ຫຼັງຈາກ , 5 ນາທີ ແລະ , 30 ນາທີ ການຂະຫຍາຍ graphene ຈາກ SiO2 (ແຖບມາດຕະການ, 50 nm) a c a b c d g d e f g ການເຄືອບບານກຣາຟີນໃສ່ວັດສະດຸ cathode ນິເກີນ-ສູງ ເນື່ອງຈາກ morphology ຂອງຊັ້ນ atom-thick, graphene ໄດ້ຖືກພິຈາລະນາເປັນໜຶ່ງໃນວັດສະດຸທີ່ເໝາະສົມທີ່ສຸດສຳລັບການເຄືອບປ້ອງກັນພື້ນຜິວຂອງວັດສະດຸ cathode ທີ່ມີຄວາມສາມາດສູງ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນກໍລະນີຂອງຂະບວນການແກ້ໄຂທີ່ຮູ້ຈັກກັນດີ ໂດຍອີງໃສ່ວິທີການ Hummer, ການບັນລຸການເຄືອບທີ່ເທົ່າທຽມກັນດ້ວຍເນື້ອໃນ graphene ທີ່ຈຳກັດແມ່ນບໍ່ແມ່ນເລື່ອງງ່າຍເນື່ອງຈາກການລວມກັນ, ເຊິ່ງເກີດຂຶ້ນຈາກການໂຕ້ຕອບ electrostatic ທີ່ເຂັ້ມແຂງລະຫວ່າງແຜ່ນ graphene. ໃນຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຈະເອົາຊະນະບັນຫາການລວມກັນ, ວິທີການທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ເຊັ່ນການບົດ graphite ໂດຍໃຊ້ຂະບວນການ ball-milling, ໄດ້ຖືກນຳສະເໜີ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຂະບວນການນີ້ໂດຍທົ່ວໄປແມ່ນຊ້າ (>6 h) ແລະ, ສິ່ງສຳຄັນກວ່ານັ້ນ, ສາມາດທຳລາຍ crystallinity ຂອງວັດສະດຸເຈົ້າພາບ. ຄວນສັງເກດວ່າການເຄືອບຄາບອນ amorphous ໂດຍຂະບວນການ CVD ບໍ່ສາມາດໃຊ້ໄດ້ກັບວັດສະດຸ oxide ນິເກີນ-ສູງ ເນື່ອງຈາກຂະບວນການ CVD ໄດ້ສະກັດເອົາໂລຫະທັງໝົດ (TMs), ເຮັດໃຫ້ໂຄງສ້າງ crystal ຕົ້ນສະບັບຂອງວັດສະດຸເຈົ້າພາບຂາດຄວາມສົມດຸນ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, GB ທີ່ສັງເຄາະໄດ້ໃນການສຶກສານີ້ສາມາດເຄືອບໃສ່ພື້ນຜິວຂອງຜົງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 (ຂະໜາດ = ~10 µm) ທີ່ເນື້ອໃນໜ້ອຍທີ່ສຸດ 1 wt% ໂດຍຂະບວນການ Nobilta milling ທີ່ອ່ອນໂຍນ. ຂະບວນການເຄືອບກໍ່ໄວຂ້ອນຂ້າງ (~10 min ທີ່ 3000 rpm). ແກ່ນ SiO ມີບົດບາດສຳຄັນໃນການເຮັດໃຫ້ການເຄືອບເທົ່າທຽມກັນນີ້ເປັນໄປໄດ້ໃນເນື້ອໃນນ້ຳໜັກຕ່ຳ. ແກ່ນ SiO ບັນຈຸ 57.5 wt% ຂອງ GB (ຜົນການ TG ໃນຮູບຊົງເສີມ - 5b) ແລະ ໃນຂະບວນການເຄືອບ, ການມີຢູ່ຂອງພວກມັນເຮັດໃຫ້ GB ສາມາດອອກແຮງບິດຕໍ່ພື້ນຜິວຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2, ເຮັດໃຫ້ເກີດການໂຕ້ຕອບທີ່ໃກ້ຊິດ ແລະ ເຖິງຂັ້ນການເຈາະ. ເພື່ອຢືນຢັນປະກົດການນີ້, ຂະບວນການເຄືອບດຽວກັນໄດ້ຖືກປະຕິບັດດ້ວຍການປະສົມທາງກາຍະພາບຂອງ 0.5 wt% SiO2 ແລະ 0.5 wt% graphene. ຕົວຢ່າງນີ້ໄດ້ຮັບຄວາມເສຍຫາຍຕໍ່ crystallinity ຢູ່ບໍລິເວນພື້ນຜິວຂອງ NCM ຍ້ອນການປະທະກັນຢ່າງຮຸນແຮງລະຫວ່າງອະນຸພາກ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ເຊັ່ນດຽວກັນກັບລະຫວ່າງອະນຸພາກ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ແລະ ຝາປະຕູເຄື່ອງປະຕິກອນ (ຮູບຊົງເສີມ - 6). ປະກົດການເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກເພີ່ມຂຶ້ນໂດຍການລວມກັນຂອງ graphene ທີ່ເກີດຂຶ້ນໃນເວລາທີ່ບໍ່ມີໂຄງສ້າງສາມມິຕິທີ່ປະກອບດ້ວຍສູນກາງອະນຸພາກ SiO . x x x ການເຄືອບ GB ທີ່ເທົ່າທຽມກັນໄດ້ຖືກຢືນຢັນໂດຍການວິເຄາະ SEM ແລະ TEM. ຈາກນີ້ໄປ, LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 ກ່ອນ ແລະ ຫຼັງການເຄືອບ GB ຈະຖືກເອີ້ນວ່າ NCM ຕົ້ນສະບັບ ແລະ GB-NCM, ຕາມລຳດັບ. ຮູບພາບ SEM ທີ່ມີການຂະຫຍາຍຕ່ຳຂອງ NCM ກ່ອນ ແລະ ຫຼັງການເຄືອບ GB (ຮູບ 3a, b, ຮູບຊົງເສີມ - 6a, b) ໄດ້ສະແດງ morphology ທີ່ຄ້າຍຄືກັນຫຼາຍ ເນື່ອງຈາກການແຈກຢາຍ GB ເນື້ອໃນໜ້ອຍເທົ່າທຽມກັນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຮູບພາບ SEM ທີ່ມີການຂະຫຍາຍສູງຂຶ້ນຂອງ GB-NCM ຊີ້ໃຫ້ເຫັນວ່າ GB ໄດ້ເຈາະເຂົ້າໄປໃນຊ່ອງຫວ່າງລະຫວ່າງອະນຸພາກຕົ້ນຕໍຂອງ NCM (ຮູບ 3d). ການເຈາະຂອງ GB ໄດ້ຖືກສັງເກດເຫັນຢ່າງຊັດເຈນກວ່າໃນຮູບພາບ TEM (ຮູບ 3e, f). ໃນຮູບ 3e, ໄດ້ພົບເຫັນແຜ່ນ graphene ຢູ່ໃນຊ່ອງຫວ່າງເປີດຢູ່ເໜືອອະນຸພາກ NCM (ເບິ່ງເສັ້ນຕີ້ແດງ). ບາງແຜ່ນ graphene ໄດ້ຖືກຈັດລຽງຕາມພື້ນຜິວຂອງ NCM ແລະ ສະແດງໄລຍະຫ່າງລະຫວ່າງຊັ້ນຄົງທີ່ 3.3 ຫລື 3.4 Å (ຮູບ 3f). ການເຄືອບ GB ໃສ່ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2. ຮູບພາບ SEM ຂອງ LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 , ກ່ອນ (ແຖບມາດຕະການ, 2 µm ແລະ 200 nm, ຕາມລຳດັບ) ແລະ , ຫຼ a c b d