
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Authors: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 In Hyuk Son Jong Hwan Park Seongyong Park Kwangjin Park Sangil Han Jaeho Shin Seok-Gwang Doo Yunil Hwang Hyuk Chang Jang Wook Choi Abstract Mbola sarotra ny fanatsarana ny fananana iray tsy manimba ny hafa ho an'ny bateria lithium-ion noho ny toetra fifandanjana eo amin'ny mari-pamantarana lehibe. Eto izahay dia mitatitra dingana fanamboarana etona arintany mba hampitomboana ny fiaraha-miasa graphene–silica, antsoina hoe graphene ball. Ny firafiny telo-refy misy ny foibe nanoparticle silicon oxide dia mamela na dia 1 wt% graphene ball aza dia hozarafan'ny Nobilta milling azo ampiharina amin'ny cathode layered misy nikela be. Ny akanjo graphene-ball dia manatsara ny fiainana tsingerina sy ny fahaiza-miantoka haingana amin'ny alàlan'ny fampihenana ny fanehoan-kevitra ratsy ary manome lalana mitondra herinaratra mahomby. Ny graphene ball mihitsy koa dia toy ny fitaovana anode miaraka amin'ny fahaiza-manao manokana avoakan'ny 716.2 mAh g−1. Ny sela feno mampiditra graphene balls dia mampitombo ny hakitroky ny angovo volumetric amin'ny 27.6% raha oharina amin'ny sela fanaraha-maso tsy misy graphene balls, mampiseho ny fahafahana mahazo 800 Wh L−1 amin'ny toe-javatra sela ara-barotra, miaraka amin'ny fahaiza-mijanona avoakan'ny 78.6% fitazonana ny fahaiza-manao aorian'ny tsingerim-batana 500 amin'ny 5C sy 60 °C. Introduction Ny fandrosoana mitohy amin'ny batterie lithium-ion (LIB) dia nahatonga fanatsarana miavaka teo amin'ny lafiny maro amin'ny fiasany, ao anatinizany ny hakitroky ny angovo, ny hakitroky ny hery, ny fiainana tsingerim-batana, ary ny fiarovana. Amin'izao fotoana izao, ny fitaovana IT finday dia mandrafitra ampahany lehibe amin'ny fampiharana LIB, izay ny famaritana fiasana amin'ny LIB ankehitriny dia mahafa-po indrindra , , . Na izany aza, raha ny fiara elektrika (EV) dia niditra tamin'ny tsena LIB, ny fananana electrochemical lehibe dia nametraka fenitra sarotra kokoa; raha ilaina ny hakitroky ny angovo avo kokoa ho an'ny halavirana fiara lava kokoa, dia ilaina ny kinetika fifandraisana nohatsaraina ho an'ny fiantohana haingana sy ny fiasana amin'ny hafainganam-pandeha avo. Ny fiarovana dia anton-javatra manan-danja tokoa ho an'ny fampiharana EV. Ny fanamby lehibe dia ny famakiana ny fifandraisana eo amin'ireo fananana lehibe ireo; matetika dia tsy mora ny manatsara ny fananana iray nefa tsy manimba ny hafa. 1 2 3 Ity fifandraisana fifandanjana ity dia hita manokana eo amin'ny hakitroky ny angovo sy ny fiantohana haingana (na ny fahafaha-miasa amin'ny hery). Raha ny fampiasana fitaovana nanomika ho singa mavitrika ,  ary ny fampidirana fitaovana nanomika karbaona , ,  ho toy ny mpamatsy herinaratra dia nampiseho fiantohana haingana tamin'ny fampihenana ny halavirana fandrotsahina ny ion sy ny fanoherana anatiny, ny ankamaroan'ireo fomba ireo dia mbola mitaky fanatsarana bebe kokoa alohan'ny hampiasana azy amin'ny teknolojia LIB ankehitriny. Ny hakitroky ny fampidirana fitaovana nanomika dia ambany lavitra noho ny an'ny sombin-javatra mikrosika mahazatra, izay manimba ny hakitroky ny angovo volumetric, anton-javatra manan-danja ho an'ny fampiharana LIB maro noho ny fomba lanja. Amin'ny toe-javatra mitovy amin'ny fampihenana ny fanoherana anatiny, ny fampidirana fitaovana nanomika karbaona toy ny graphene dia naporofoina fa mahomby amin'ny fampitomboana ny herinaratra amin'ny electrodes laboratoara. Na izany aza, ny fahazoana fizarana mirindra ny votoaty lanja kely (izany hoe, <3 wt%) amin'ny fitaovana nanomika karbaona amin'ny fizotran'ny slurry lehibe dia mbola tsy nampiseho. Ny fanovana ny fitaovana mavitrika efa misy amin'ny alàlan'ny fametrahana singa vahiny ,  na fanitsiana stoichiometric , ,  dia afaka mampitombo ihany koa ny fampandrosoana ny Li ion ary noho izany ny tahan'ny fiantohana ny fitaovana mavitrika mahazatra miaraka amin'ny refy mikrometra. Ny ankamaroan'ireo fomba ireo anefa dia mahomby amin'ny vidin'ny fahaiza-manao manokana. 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Ankoatr'izay, ankoatra ny hakitroky ny angovo sy ny fiantohana haingana, ny fahazoana fiainana tsingerim-batana lava, indrindra amin'ny mari-pana avo (izany hoe, 60 °C), dia mbola mijanona ho fanamby ho an'ny LIB mandroso izay mampiditra fitaovana electrode manana fahaiza-manao avo. Raha ny fitaovana oxide layered mitondra nikela (Ni) sy Li dia raisina ho toy ny fitaovana cathode ho avy noho ny fahaiza-manao manokana avo kokoa raha oharina amin'ny fitaovana LiCoO2 mahazatra, dia fantatra tsara fa ny fifangaroan'ny cation tsy azo ihodivirana mandritra ny fiantohana dia manimba ny rafitra layered ho amin'ny firafitra spinel na rock-salt, miaraka amin'ny fanehoan-kevitra tsy ilaina eo amin'ny faritry ny electrode. Raha jerena ny ezaka natao hatreto, ny iray amin'ireo vahaolana azo atokisana indrindra mba hahatratrarana avy hatrany ny fiantohana haingana ny fitaovana cathode miaraka amin'ny fatiantsona angovo kely sy fiainana tsingerim-batana dia ahitana ny fitadiavana fitaovana fiarovana mitondra herinaratra izay azo amboarina tsara amin'ny fitaovana mavitrika miaraka amin'ny votoaty kely indrindra. Eto izahay dia mitatitra fiaraha-miasa graphene–silica (SiO x), antsoina hoe graphene ball (GB), ho toy ny fitaovana fametahana ho an'ny fitaovana cathode layered misy nikela be manana fahaiza-manao avo ary koa fitaovana anode LIB. Ny GB tsirairay dia ahitana foibe nanoparticle SiO x ary sosona graphene manodidina, mamorona firafitra telo-refy (3D) toy ny popcorn. Ny nanoparticle SiO x dia manana anjara toerana lehibe amin'ny lafiny maro, toy ny fisorohana ny fiforonan'ny sosona silicon carbide (SiC) eo amin'ny interface SiO x –graphene mandritra ny fitomboan'ny graphene, miantoka ny fametahana mirindra ny GB amin'ny fitaovana cathode, ary manome fahaiza-manao manokana avo rehefa ampiasaina ho anode ny GB. Ny fametahana mirindra ny GB amin'ny cathode layered misy nikela be dia manatsara ny fitoniana interfacial amin'ny electrolyte sy ny herinaratra manerana ny electrode, manatsara ny fahaiza-mijanona sy ny fahaiza-miantoka haingana ny cathode. Raha raisina ny tombontsoa miavaka an'ny GB, ny sela feno misy cathode voaravaka GB sy anode GB dia mampiseho ny fahafahana hahazo hakitroky ny angovo volumetric akaikin'ny 800 Wh L−1 amin'ny toe-javatra sela ara-barotra, miaraka amin'ny fitazonana ny fahaiza-manao 78.6% aorian'ny tsingerim-batana 500 amin'ny 5C sy 60 °C. Results Synthesis of graphene ball Mba hanamboarana ny GB toy ny popcorn, dia namolavola dingana fampitomboana etona arintany (CVD) izahay ho an'ny fitomboan'ny graphene. Ny entona CH4 dia nampidirina tao anaty lafaoro miaraka amin'ny nanoparticle SiO2 manana savaivony 20–30 nm amin'ny 1000 °C. Amin'ity mari-pana ity, ny CH4 dia miempo mamokatra atoma hydrogène, izay mety hanidina ny SiO2 ho SiO x (x < 2). Ny OH− koa dia vao teraka miaraka amin'ny fanehoan-kevitra manaraka izao: Ny singa manan-danja amin'ity fanehoan-kevitra ity dia ny vokatra SiO x dia manome toerana catalytic ho an'ny fitomboan'ny graphene, ary ny OH− dia miasa toy ny oxidant malefaka mba hanatsarana ny fiforonan'ny karbaona graphitika mankany amin'ny graphene , . Ny anjara toerana ny oxidants malefaka amin'ny fiforonan'ny karbaona graphitika dia vao haingana no nanamarina  amin'ny fomba iray, fa tsy misy oxidant malefaka, ny fiforonan'ny karbaona amorphous dia miely kokoa. Na izany aza, eo anatrehan'ny oxidant malefaka, dia hita fa ny fanehoan-kevitra mankany amin'ny fiforonan'ny CO na CO2 dia tiana kokoa ho an'ny atoma karbaona izay ho lasa karbaona amorphous. Raha ny tena izy, ny fitomboan'ny graphene mora foana amin'ny alàlan'ny catalysts metaly dia fantatra fa mitranga amin'ny fomba mitovy , , , izay ny oksizenina sisa eo amin'ny faritry ny metaly dia mitondra mankany amin'ny fanehoan-kevitra mahazatra ho an'ny fiforonan'ny karbaona graphitika. Ny fisian'ny oxidant malefaka dia manakana ny fiforonan'ny sosona silicon carbide (SiC) eo amin'ny faritry ny SiO x satria ny oxidant dia manakana ny fampidina ny Si mankany amin'ny fiforonan'ny SiC . 14 15 16 17 18 19 19 Ao amin'ny drafitra fanehoan-kevitra miorina amin'ny fampiasana tokana ny CH4, amin'ny mari-pana ambanin'ny 900 °C, zara raha nitombo ny graphene. Mifanohitra amin'izany kosa, amin'ny 1050 °C sy ambony kokoa, ny fitomboan'ny graphene dia nanjary be loatra mankany amin'ny fiforonan'ny graphite (Sary Fanampiny  ). Marihina fa ny mari-pana fitomboana 1000 °C dia ambany kokoa noho ireo (1100–1400 °C) matetika ampiasaina ho an'ny fitomboan'ny graphene miorina amin'ny CVD miorina amin'ny substrate Si sy SiO2 tsy misy catalysts metaly , , . Ny anjara toerana lehibe amin'ny tontolo iainana fitomboana dia nohazavaina tamin'ny andrana fanaraha-maso (Sary Fanampiny  ); nanaraka ny fizotran'ny CVD mahazatra amin'ny fampiasana catalysts metaly, CH4 sy H2 dia nampidirina tamin'ny tahan'ny fikorianan'ny volom-borona 3:7 amin'ny 1000 °C. Satria ny fampihenana ny CH4 dia voasakana tamin'ny habetsahan'ny H2, ny fitomboan'ny graphene dia tena miadana, mampiseho ny maha-zava-dehibe ny fampiasana tokana ny CH4 amin'ny fitomboan'ny graphene mahomby amin'ny famolavolanay. Amin'ny ankapobeny, ny fisafidianana ny akora sy ny mari-pana fanehoan-kevitra amin'ny drafitra fanehoan-kevitra ankehitriny dia miavaka amin'ireo teo aloha miorina amin'ny CVD mampiasa catalysts metaly ary mitana anjara toerana lehibe amin'ny famokarana fiaraha-miasa graphene–SiO x miaraka amin'ny firafitra telo-refy. 1 20 21 22 2 Andian-tsirintsoratra momba ny scanning electron microscope (SEM) (Sary Fanampiny  ) sy transmission electron microscope (TEM) (Sary  ) natao nandritra ny fizotran'ny CVD dia maneho ny fiovan'ny fitomboan'ny graphene sy ny endrika. Aorian'ny 5 minitra ny fizotran'ny CVD, ny sarimihetsika graphene manify sosona 2–3 dia hita tamim-pahatsorana manaraka ny faritry ny SiO2 (Sary  , e), miaraka amin'ny miloko vovo lasa mainty (Sary Fanampiny  ). Ny fitomboan'ny graphene dia lasa miavaka kokoa aorian'ny 30 minitra ny fizotran'ny CVD, izay hita taratra ny endrika sarimihetsika 3D (Sary  , f). Ny sary TEM avo lenta (Sary  ) dia manondro ny firafitry ny atoma hexagonal amin'ny ampahany amin'ny graphene, izay maneho ny fiaramanidina basal. Aorian'ny 30 minitra, hita ihany koa fa ny haben'ny nanoparticle SiO2 dia nihena avy amin'ny 28.2 ka hatramin'ny 15.3 nm salantsalany (Sary Fanampiny  ). Izany dia mitranga satria ny fitomboan'ny graphene dia ahitana ny fampihenana ny SiO2 voalaza etsy ambony sy ny fiforonan'ny OH− manaraka. Noho izany, ny fitomboan'ny graphene manontolo dia mitovy amin'ny popcorn mibontsibontsina amin'ny firafitra telo-refy, vokarina amin'ny vidin'ny voa voalohany (Sary  ). 3a–f 1a–g 1b 3g 1c 1g 4 1h   Fitomboan'ny graphene avy amin'ny nanoparticle SiO2.  –  TEM characterization   aloohan'ny fitomboan'ny CVD,   aorian'ny 5 minitra ny fitomboana, ary   aorian'ny 30 minitra ny fitomboana (barazy fandrefesana, 50 nm).  –  Ny sary nampitomboina tsirairay (barazy fandrefesana, 10 nm).   Sary avo lenta kokoa ny graphene aorian'ny 30 minitra ny fitomboana sy ny fijerena azy amin'ny ambaratonga atoma avy amin'ny boaty fotsy (inset) (barazy fandrefesana, 2 nm).   Sary ara-grafika ny fitomboan'ny graphene toy ny popcorn avy amin'ny nanoparticle SiO2 a c a b c d f g h Ny fitomboan'ny graphene dia nohazavaina bebe kokoa tamin'ny andiana famakafakana fanampiny. Ny fepetra X-ray diffraction (XRD) azo nandritra ny fitomboana dia manondro fa rehefa mitohy ny fizotran'ny CVD, ny tendrony amin'ny 2θ = 26.44° sy 44°, mifanaraka amin'ny fiaramanidina (002) sy (101) an'ny graphite, dia nitombo hatrany (Sary  ), manamarina indray ny fiforonan'ny karbaona graphitika , , . Ny fitomboan'ny graphene koa dia taratry ny tendrony amin'ny 284.5 sy 291.5 eV ao amin'ny sampana C 1s amin'ny famakafakana X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) (Sary  ) , . Ny tendrony amin'ny 284.5 eV dia voasoratra ho an'ny fatorana C–C sy C = C, izay niseho tamim-pahatsorana aorian'ny 30 minitra ny fitomboana noho ny fiforonan'ny karbaona graphitika. Ny fivoaran'ny tendrony XPS ao amin'ny sampana Si 1s amin'ny famakafakana XPS (Sary  ) dia manamarina indray  ny fampihenana ny SiO2 nandritra ny fizotran'ny CVD. Amin'ny fitomboan'ny fotoana, ny tendrony akaikin'ny 103 eV dia nifindra tamin'ny angovo fanampiny ambany noho ny fihenan'ny toeran'ny fihoaran'ny Si. Miorina amin'ny fisian'ny ary ny tanjaky ny famantarana karbaona amin'ny sarintany misy angovo (EDX) (Sary  ), hita fa na dia aorian'ny 5 minitra aza, dia nisy ny fitomboan'ny graphene teo amin'ny faritry ny SiO x , ary aorian'ny 30 minitra, ny fitomboana dia niparitaka nanerana ny sary rehetra, raha mbola nisy an-tselanana ny Si sy ny O. Ny ampahany lanja ny graphene, ary ny vokatry ny famakafakana Raman, ny faritry ny velaran-tany manokana, ary ny conductivity ny GB amin'ny fotoana fitomboana CVD samihafa dia ampidirina ao amin'ny latabatra  . Raha ny momba ny faritry ny velaran-tany manokana, ny fihenan'ny fandehan'ny fotoana fanehoan-kevitra dia vokatry ny graphitization mitohy izay ampiarahana sy amboarin'ny sosona graphene. Ny vokatry ny Raman sy ny thermogravimetric (TG) ary ny famakafakana spectrum dia aseho ao amin'ny Sary Fanampiny  . 2a 23 24 25 2b 22 23 2c 25 2d–g 1 5   Famakafakana ny graphene-ball mandritra ny fitomboany.  –  Fanaraha-maso ny fitomboan'ny graphene nandritra ny fizotran'ny CVD amin'ny alàlan'ny   XRD,   XPS amin'ny sampana C 1s, ary   XPS sampana Si 2p.  –  Sarintany elemental EDX miaraka amin'ny C, O, ary Si taorian'ny  ,   5 minitra ary  ,   30 minitra ny fitomboan'ny graphene avy amin'ny SiO2 (barazy fandrefesana, 50 nm) a c a b c d g d e f g Coating of graphene ball onto Ni-rich cathode material Noho ny endrika sosona manify atoma, ny graphene dia noheverina ho iray amin'ireo fitaovana mety indrindra ho an'ny fametahana fiarovana ambonin'ny fitaovana cathode manana fahaiza-manao avo. Na izany aza, amin'ny trangan'ny fomba vahaolana fantatra tsara , , ,  miorina amin'ny fomba Hummer, ny fahazoana fametahana mirindra miaraka amin'ny votoaty voafetra ny graphene dia sarotra noho ny fivondronana, izay vokatry ny fiaraha-miasa electrostatika mahery eo amin'ny takelaka graphene. Mba handresena ny olana momba ny fivondronana, ny fomba hafa, toy ny famakiana graphite amin'ny fampiasana dingana ball-milling, dia nampidirina . Na izany aza, ity dingana ity dia matetika miadana (> 6 ora) ary, ny zava-dehibe kokoa, afaka manimba ny kristalinitan'ny fitaovana fampiantranoana. Tokony homarihina ihany koa fa ny fametahana karbaona amorphous amin'ny alàlan'ny fizotran'ny CVD dia tsy azo ampiharina amin'ny fitaovana oxide misy nikela be ,  satria ny fizotran'ny CVD dia mamoaka metaly tetezamita (TMs), manakorontana ny firafitra voalohany ny fitaovana fampiantranoana. 26 27 28 29 30 31 32 Mifandraika amin'izany, ny GB novolavolaina amin'ity fandalinana ity dia azo amboarina amin'ny faritry ny vovoka LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2 mahazatra (habeny = ~10 µm) amin'ny votoaty kely indrindra 1 wt% amin'ny alàlan'ny dingana Nobilta milling malefaka. Ny dingana fametahana dia haingana ihany koa (~10 minitra amin'ny 3000 rpm). Ny tsimokaretina SiO x dia manana anjara toerana lehibe amin'ny fahafahana mametraka ity fametahana mirindra ity amin'ny votoaty lanja kely. Ny tsimokaretina SiO x dia mandrafitra 57.5 wt% amin'ny GB (vokatra TG ao amin'ny Sary Fanampiny  ) ary amin'ny dingana fametahana, ny fisian'izy ireo dia mamela ny GB hanao hery manosika amin'ny faritry ny LiNi0.6Co0.1Mn0.3O2, mamokatra fifandraisana akaiky ary na dia fidirana aza. Mba hanamafisana ity trangan-javatra ity, natao ny dingana fametahana mitovy amin'ny fangaro ara-batana misy 0.5 wt% SiO2 ary 0.5 wt% graphene. Ity santionany ity dia nij 5b

Part of HackerNoon's growing list of open-source research papers, promoting free access to academic material.

Ity horonam-peo ity dia novokarina tamin'ny fiteny niandohan'ny tantara!

Fitantsoana Haingana, Fiainana Lava kokoa: Ny Graphene Trick manatsara ny bateria Lithium

About Author

COMMENTS

HANG TAGS

ITY ARTICLE ITY NO NARESAKA TAMIN'NY

Related Stories

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps