```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Mpanjaka: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 In Hyuk Son Jong Hwan Park Soonchul Kwon Seongyong Park Mark H. Rümmeli Alicja Bachmatiuk Hyun Jae Song Junhwan Ku Jang Wook Choi Jae-man Choi Seok-Gwang Doo Hyuk Chang Famintserana Ny silisiôma dia mahazo fiheverana manokana ho fitaovana mavitrika ho an'ny taranaka manaraka ny anôda amin'ny bateria lithium-ion noho ny fahafahany mitahiry angovo lehibe indrindra. Na izany aza, ny fiovan'ny volom-bary lehibe amin'ny silisiôma mandritra ny tsingerin'ny fiampangana–fandefasana dia mampihena ny maha-mendrika azy amin'ny hakitroky ny angovo volumetrika sy ny fiainana mandritra ny tsingerina. Eto izahay dia mitatitra ny fitomboan'ny grafita mivantana eo ambonin'ny poti-bary silisiôma tsy misy fanamboarana karbaida silisiôma. Ny sosona grafita miraikitra amin'ny surface silisiôma dia manampy amin'ny fampihenana ny fitomboan'ny silisiôma amin'ny alàlan'ny fizotran'ny sliding eo anelanelan'ny sosona grafita mifandimby. Rehefa ampiarahina amin'ny cathode lithium cobalt oxide mahazatra, ny akanjo grafita tsy misy karbaida silisiôma dia mamela ny sela feno hahatratra ny hakitroky ny angovo volumetrika 972 sy 700 Wh l−1 amin'ny tsingerina voalohany sy faha-200, tsirairay avy, 1,8 ary 1,5 heny lehibe kokoa noho ireo amin'ny bateria lithium-ion mahazatra ankehitriny. Ity fiheverana ity dia manoro hevitra fa ny rafitra sosona roa-dimensional (2D) amin'ny grafita sy ny fampidirana tsy misy karbaida silisiôma miaraka amin'ny silisiôma dia mety ho lasa prototype amin'ny fampandrosoana ny anôda silisiôma ho lasa teknolojia azo ampiasaina amin'ny varotra. Fampidirana Ny fahafahan'ny silisiôma (Si) amin'ny lanjan'ny lanjany dia mahatratra saika 4 000 mAh g−1. Ity sandany tsy manam-paharoa ity dia nahatonga ny fiarahamonina bateria hampiasa vola be amin'ny fikarohana satria ny fahafahana lehibe amin'ny lanjany dia mamela ny fampitomboana ny hakitroky ny angon'ny bateria lithium-ion (LIBs) manan-danja, ary noho izany dia mitondra ny fampiharana ho avy amin'ny LIBs, toy ny fiara elektrika, ho zava-misy , , , , . Tao anatin'ny folo taona lasa izay, endrika electrode isan-karazany , , , , , , , , , ,  sy ny famolavolana manidy , ,  dia novolavolaina mba hamahana ny olana momba ny fahaverezan'ny fahafahana maharitra vokatry ny fiovan'ny volom-bary lehibe amin'ny Si, izay mitarika ho amin'ny fahombiazan'ny tsingerina voatsinjo tsara na dia eo ambonin'ny tsingerina an'arivony aza . Na dia eo aza ny sandan'ny lanjany manan-danja sy ny fandrosoana lehibe amin'ny fiainana mandritra ny tsingerina, ny anôda Si ankamaroany dia mifantoka voalohany indrindra amin'ny fahafahana lanjany fa tsy manolotra fampanantenana mitovy amin'izany amin'ny fahafahana volumetrika satria ny famolavolana electrode efa misy dia miankina amin'ny toerana foana efa voafaritra mialoha mba handraisana ny fitomboan'ny volom-bary Si. Na izany aza, amin'ny fampiharana maro amin'ny LIBs, anisan'izany ny elektronika portable, ny hakitroky ny angovo volumetrika dia paramètra manan-danja amin'ny famaritana ny fahombiazan'ny bateria. Miaraka amin'ny fiainana tsingerina somary ambany kokoa, ny hakitroky ny angovo volumetrika dia sakana lehibe ankehitriny amin'ny fampidirana anôda Si amin'ny sela varotra. Mba hanomezana fahafaham-po ity fangatahana manan-danja ity, ny teknolojia anôda Si dia mila averina jerena amin'ny famolavolana electrode hafa izay manolotra fahombiazana tsingerina miorina tsara raha toa ka minimizina ny volon'ny electrode. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 11 Na dia misy aza ny endrika Si isan-karazany sy ny firaisana amin'ny fitaovana mampita hafa, ho an'ny vahaolana avy hatrery ao amin'ny famokarana tena izy izay mitaky fanaraha-maso kalitao avo lenta, dia tena ilaina ny famokarana mora sy azo ampitomboina amin'ny singa Si mavitrika. Raha jerena amin'ny fomba fampiharana, eo amin'ny kandidà maro azo atao, ny fampiasana poti-bary silisiôma (NP) mahazatra miaraka amin'ny coating ambonin'ny tany mahomby dia ho tiana indrindra. Fitaovana mampita maro isan-karazany, anisan'izany ny karbaona tsy misy endrika (AC), dia efa nodinihina ho fitaovana fanonoana ho an'ny anôda Si NP [8, 20, 21]. Na izany aza, ny ankamaroany dia tsy mahavita fahombiazana tsingerina maharitra maharitra satria ny fitaovana fanonoana ampiharina dia tsy mahazaka ny fitomboan'ny volom-bary Si ary vokatr'izany dia tapaka mandritra ny tsingerina miverimberina. Amin'ny ezaka hamahana ny fetran'ny fitaovana fanonoana mampita teo aloha ary koa mba hahazoana fahombiazana tsingerina tsara miaraka amin'ny hakitroky ny angovo volumetrika ambony kokoa, amin'ity fandalinana ity, dia mampiasa grafita multilayer izahay izay nambolena mivantana teo ambonin'ny surface silisiôma ho fitaovana fanonoana. Ny toetra sosona roa-dimensional (2D) amin'ny grafita dia manome fandidiana tokana sy mahomby amin'ny anôda Si satria ny grafita multilayer dia afaka mandray ny fitomboan'ny volom-bary Si amin'ny alàlan'ny fizotran'ny sliding eo anelanelan'ny sosona mifandimby tsy mila manome toerana foana   amin'ny electrode efa vita. Ny pellet Si NP voarakotra grafita koa dia mampiseho 12,8 S sm−1 amin'ny votoatin'ny grafita marginal 1 wt% amin'ny alàlan'ny tambajotra percolation avo lenta. Amin'izany tanjona izany, mandresy ny fanamby amin'ny fambolena grafita mivantana eo ambonin'ny surface silisiôma tsy misy fanamboarana karbaida silisiôma (SiC) amin'ny alàlan'ny fampandrosoana ny fizotran'ny deposition simika (CVD) izay ahitana oxidant malefaka. Ny fanamboarana SiC dia mampidi-doza amin'ny fandidiana anôda Si satria ny SiC dia insulator elektrika miaraka amin'ny toetra simba mahantra. Ambonin'izany, ny SiC dia tsy mampirehitra amin'ny fanehoana amin'ny ions Li ary vokatr'izany dia manakana ny fidirana ions Li ao amin'ny dingana Si. Miaraka amin'ny fanampian'ny fizotran'ny sliding interlayera grafita sy ny conductivity efa nohatsaraina, ny Si NP voarakotra grafita dia mahatratra fahafahana volumetrika 2 500 mAh cm−3 (vs 550 mAh cm−3 amin'ny grafitam-barotra), ny sandany avo indrindra amin'ireo tatitra hatramin'izao ho an'ny anôda LIB rehetra raha mbola mampiseho fahombiazana tsingerina sy tahan'ny tsara. a priori Vokatra Fitomboana grafita tsy misy SiC eo ambonin'ny Si Ny fitomboan'ny grafita avo lenta eo ambonin'ny Si amin'ny alàlan'ny fizotran'ny CVD dia nisy fanamby  satria ny fepetra famokarana grafita mahazatra dia mitaky tontolo mampihena izay manala ny sosona oxide silisiôma voajanahary eo ambonin'ny surface silisiôma, ary avy eo dia manosika fihetsiketsehana eo anelanelan'ny Si sy ny mpanangom-bokatra karbaona simba mba hamoronana SiC . Ny fanandramana voalohany nataonay tamin'ny fampiasana methane (CH4) ho toy ny mpanangom-bokatra karbaona mifangaro amin'ny H2 dia tsy nahavita fitomboan'ny grafita teo ambonin'ny Si NP ( ), ka nahazoana β-SiC ihany ( ). Mba hamahana ity fetra ity, nampidirinay ny karbaona dioksida (CO2), oxidant malefaka, ao anatin'ny fizotran'ny CVD miaraka amin'ny CH4 (refs  ,  ). Ny fampidirana ny CO2 dia mamela ny fisorohana ny fanamboarana SiC ary koa mampihena ny mari-pana fitomboana raha ampitahaina amin'ny fitomboana grafita fantatra tsara eo ambonin'ny surface . Tamin'ny fanandramana nataonay, tamin'ny 900 °C, dia tsy vita tanteraka na tsy mitovy ny fitomboan'ny grafita ( ), raha ny fitomboana grafita tamin'ny 1 100 °C dia namokatra sosona oksida eo ambonin'ny surface silisiôma izay matevina loatra ho an'ny fidirana ions Li mahomby ( ). Amin'ny mari-pana antonony 1 000 °C, sosona grafita 2–10 no niforona araka ny asehon'ny sary TEM (fandinanana fitaovana elektrônika) ( ) izay mampiseho mazava tsara ny rafitra sosona ary koa ny elanelana interlayera eo amin'ny 3,4 Å eo ( , inset). Ny fanadihadiana akaiky kokoa dia mampiseho fa ny sosona tsirairay dia miraikitra mivantana amin'ny surface poti-bary amin'ny tendrony (tsipika mena amin'ny  ) ary miraika amin'ny surface silisiôma. Ireo sosona grafita voalahatra tsara ireo dia afaka mitazona ny fananganana sosony na dia mandritra ny lithiation amin'ny alàlan'ny fizotran'ny sliding ( ), ka manome fomba mahay mandray ny fitomboan'ny volom-bary Si. Nisy fitomboana grafita natao teo ambonin'ny surface silisiôma oksida (SiO2) tamin'ny fampiasana CH4 sy H2 (refs  , ). Na izany aza, ny fitomboan'ny grafita amin'ireo fizotran-javatra ireo dia tsy nahomby na tsy nisy SiC. Ny fitomboana tsy nahomby dia vokatry ny toerana katalytika tsy ampy eo ambonin'ny surface SiO2. Mifanohitra amin'izany kosa, amin'ny fizotran-javatra nataonay, ny fampidirana CO2 dia mamorona toerana katalytika bebe kokoa amin'ny endrika SiO  miaraka amin'ny lesoka sasany. 22 23 Supplementary Fig. 1 Supplementary Fig. 2 24 25 23 Supplementary Fig. 3 Supplementary Fig. 4 Fig. 1a,b Fig. 1b Fig. 1c Fig. 1d 26 27 x   ( ) Sary TEM manalefaka ambany amin'ny Gr–Si NP. ( ) Sary TEM manalefaka avo kokoa ho an'ny Gr–Si NP mitovy avy amin'ny boaty fotsy ao amin'ny  . (Inerts) Ny tsipika mampiseho avy amin'ny boaty mena roa dia mampiseho fa ny elanelana interlayera eo anelanelan'ny sosona grafita dia ~3,4 Å, mifanaraka tsara amin'ny an'ny sosona grafita mahazatra mifototra amin'ny hery van der Waals. ( ) Sary TEM avo lenta mampiseho ny fiaviana (tsipika mena) izay maniry ny sosona grafita tsirairay. ( ) Famaritana schematic mampiseho ny fizotran'ny sliding amin'ny sosona fanonoana grafita izay afaka manamaivana ny fitomboan'ny volom-bary Si. a b a c d Ny fitomboan'ny grafita tsy misy SiC dia novarina tamin'ny alàlan'ny famakafakana lehibe sy ny famakafakana tsirairay. Ny sarin'ny kapila X-ray photoelectron (PES) ao amin'ny fefy Si 2  ( ) ary koa ny spectra X-ray diffraction (XRD) ( ) dia tsy mampiseho ny pika mifanaraka amin'ny SiC ho an'ny Si voarakotra grafita (Gr–Si), AC voarakotra Si (AC–Si) ary Si voalohany, mifanohitra amin'ny santionan'ny fanaraha-maso (SiC–Si) novokarina tamin'ny alàlan'ny fomba tsy misy CO2 tamin'ny fampiasana CH4 sy H2. Amin'ny lafiny iray, ny sary TEM scanning amin'ny fampiasana ny tontolo mahery vaika dia nampiseho fa ny Si NP dia manana rafitra core–shell miaraka amin'ny fototra mamirapiratra sy shell manify somary maizina noho ny silisiôma fototra sy ny coating oksida ( ). Ny spectra Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS) ( ) azo avy amin'ny toerana maromaro manerana ny NP dia tsy nampiseho fihetsiketsehana  maneho ny fanamboarana SiC, manamafy ny fitomboana tsy misy SiC amin'ny fizotran'ny fitomboana amin'izao fotoana izao. Ny fisian'ny sosona surface SiO2 ihany koa dia novarina tamin'ny XRD ( ) sy ny EELS ( ) characterization. p Fig. 2a Supplementary Fig. 2 Fig. 2b Fig. 2c 28 Supplementary Fig. 2 Fig. 2b,c   ( ) X-ray photoelectron spectroscopy spectra ao amin'ny fefy Si 2  ho an'ny Gr–Si, SiC–Si, AC–Si ary Si voalohany. ( ) Sary TEM scanning ny Gr–Si NP. ( ) EELS spectra ho an'ny toerana voalaza ao amin'ny  . a p b c b Famakafakana TEM mandritra ny fandidiana Hivadika amin'ny fampiasana Gr–Si ho fitaovana anode amin'ny LIBs izao isika. Ny lithiation ny Gr–Si NPs (1 wt% grafita) dia notandremana tamin'ny fotoana tena izy nandritra ny fitomboan'ny volom-bary tamin'ny alàlan'ny fandalinana TEM mandritra ny fandidiana , , , . Tamin'ny fanandramana tena izy, ny poti-bary Gr–Si sasany dia napetraka teo ambonin'ny tariby (Au) tariby vita amboletra. Ny electrode faharoa, fa mihetsika, miaraka amin'ny Li/LiO2 eo amin'ny tendrony dia napetraka mba hifandray amin'ny Gr–Si NPs mba hihazonana azy ireo ( ). Rehefa nifandray tamin'ny electrode faharoa, ny poti-bary dia nanomboka nihafototra ( ). Ny antsipiriany bebe kokoa momba ity fizotran-javatra ity dia hita ao amin'ny   sy  . Karazana rafitra mihanaka roa no nisy, dia ireo poti-bary tsy misy lesoka sy ireo poti-bary manana lesoka araka ny nanamarihana tao amin'ny  . Amin'ny tranga izay ny grafita dia manafina tanteraka ny poti-bary ary tsy misy lesoka miharihary ( ), ny diamètra dia nitombo 30% (220% fitomboana volumetrika). Amin'ny faran'ny lithiation, ny elanelana interlayera amin'ny sosona grafita dia nitombo ho 3,8 Å maneho ny fidirana Li , ary ny toetra sosona amin'ny coating grafitika dia notazonina manerana ny NP ( ), manoro hevitra ny fizotran'ny sliding eo anelanelan'ny sosona araka ny aseho ao amin'ny  . Amin'ny tranga misy faritra manana lesoka (jereo ny faribolana maitso ao amin'ny  ), rehefa mihafototra, ny poti-bary anatiny dia miaraka ary manapaka amin'ny alàlan'ny lesoka ( ). Ireo fitondran-tena manapaka hita ireo dia tsy azo inoana fa avy amin'ny haben'ny poti-bary, satria ny poti-bary voafono izay lehibe kokoa noho ny poti-bary tapaka ao amin'ny   dia tsy tapaka (jereo ireo poti-bary voalaza amin'ny 0 sy 40 s ao amin'ny  ). Toraka izany koa, ny fiheverana vao haingana  dia mampiseho fa raha tsy voafono, na dia ny poti-bary silisiôma kely kokoa (<50 nm) aza dia mety tapaka noho ny fifantohana Li ao anatin'ny poti-bary izay mety hamorona tsindry lehibe. Raha ny tena izy, ny habeny manan-danja amin'ny fisaratsarahana poti-bary Si dia miankina amin'ny tranga, ary mifandraika amin'ny fahombiazan'ny famoahana ny tsindry miforona mandritra ny fitomboan'ny volom-bary. Ny habeny manan-danja dia mety mahatratra >200 nm (ref.  ). 29 30 31 32 Fig. 3a Fig. 3b Supplementary Fig. 5 Supplementary Movies 1–3 Fig. 3b,c Fig. 3d 33 Fig. 3d Fig. 3c Fig. 3a Fig. 3e Fig. 3 Supplementary Fig. 5 34 35   ( ) Gr–Si NPs miraikitra amin'ny surface ny tariby Au ary electrode Li/LiO2 faharoa. ( ) Gr–Si NPs mitovy taorian'ny lithiation. ( ) Famaritana schematic ho an'ny Gr–Si NPs nohazazaina ho an'ny fanonoana grafita tsy misy lesoka sy manana lesoka. ( , ) Sary TEM akaiky kokoa ho an'ny ( ) poti-bary tsy misy lesoka (ilay voafefy tsipika mena ao amin'ny   sy  ) ary ( ) poti-bary manana lesoka (ilay voafefy tsipika manga ao amin'ny   sy  ). Ny EELS spectra tamin'ireo tranga roa ireo dia manamafy ny lithiation ny Si. Ny tsipika mampiseho avy amin'ny boaty mena amin'ireo tranga roa ireo dia mampiseho elanelana interlayera miakatra eo amin'ny 3,8 Å eo, maneho ny fidirana ao anaty habakabaka interlayera grafita. a b c d e d a b e a b Ny famakafakana EELS eo an-toerana mandritra ny lithiation dia manamafy ny lithiation ny Si amin'ireo tranga roa ireo amin'ny alàlan'ny Li  -edge tsy mazava eo akaikin'ny 55 eV ary koa ny Si  -edge amin'ny 100 eV ( ; ref.  ). Ny sosona aseho eo ambonin'ny surface grafita ao amin'ny   dia vokatry ny sisa tavela Li/Li2O. Amin'ny ankapobeny, ny sosona grafita dia mitazona ny fampidirana amin'ny Si amin'ny alàlan'ny fitoerany simika eo ambonin'ny surface silisiôma, ary miaraka amin'izany, ny fizotran'ny sliding dia mamela ny coating grafita sosona vitsy handraisana ny fitomboan'ny volom-bary Si. Amin'ny fanandramana TEM   misy ny electrode Gr–Si LIB, dia nisy fiheverana fa ny salan'isan'ny sosona grafita refesina amin'ny toerana samihafa dia nihena avy amin'ny 9,4 ka hatramin'ny 5,6 sosona ( ) taorian'ny lithiation voalohany, manamafy indray ny fizotran'ny sliding interlayera. K L Fig. 3d,e 36 Fig. 3d ex situ Supplementary Fig. 6 Ny fanonoana grafita sy ny fizotran'ny sliding interlayera dia mampiasa hery manenjana izay manampy amin'ny fitazonana ny tsy fetezan'ny poti-bary Si mandritra ny fitomboan'ny volom-bary. Na izany aza, ity mekanisma fanenjanana ity dia toa tsy misy fiantraikany amin'ny fidirana Li, satria ny fahafahana manokana tsara dia azo amin'ny fandrefesana elektrika. Tsara ihany koa ny manamarika fa ny fitomboan'ny volom-bary amin'ny poti-bary dia, amin'ny ankapobeny, mitovy amin'ny fitarihana rehetra na dia ny toerana fifandraisana amin'ny electrode faharoa aza dia voafaritra manokana. Izany dia manasongadina ny fironan'ny sosona grafita amin'ny fidirana ion Li mitovy amin'ny fototra Si (jereo ireo tsipika mena sy volomboasary ao amin'ny  ). Ny fandalinana   dia manoro hevitra ihany koa fa ny fidirana Li amin'ny alàlan'ny sosona grafita dia haingana tokoa, mifanaraka amin'ny fandalinana teo aloha , Fig. 3a,b in situ 30

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!

Tontolana Lehibe momba ny Graphene Mety Hanao Batisa EV Haharitra Ela kokoa ary Hitehirana Angovo Bebe kokoa

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