Tezroq zaryadlash, uzoqroq umr: Litiy batareyalarini yangilayotgan grafit hiylasi

```html Mualliflar: In Hyuk Son Jong Hwan Park Seongyong Park Kwangjin Park Sangil Han Jaeho Shin Seok-Gwang Doo Yunil Hwang Hyuk Chang Jang Wook Choi Abstrakt Litium-ionli batareyalar uchun boshqa xususiyatlarni qurbon qilmasdan bir xususiyatni yaxshilash, asosiy parametrlarning o'zaro bog'liqligi sababli qiyin. Bu yerda biz grafen-toʻrtlamchi kislorodli birikma, yaʼni "grafen shar" deb nomlanuvchi kimyoviy bugʻli choʻktirish jarayonini taqdim etamiz. Silikon oksidli nanozarali markazga ega boʻlgan ierarxik uch oʻlchovli tuzilishi hatto 1 foizli grafen sharini ham keng miqyosda qoʻllaniladigan Nobilta frezalash orqali nikelga boy qatlamli katodga bir tekisda qoplash imkonini beradi. Grafen-shar qoplamasi zararli yon reaktsiyalarni bostirish va samarali oʻtkazuvchan yoʻllarni taʼminlash orqali tsiklning ishlash muddatini va tez zaryadlash qobiliyatini yaxshilaydi. Grafen sharining oʻzi ham 716,2 mA/soat/g yuqori oʻziga xos sigʻimga ega anod materiali sifatida xizmat qiladi. Grafen sharlarini oʻz ichiga olgan toʻliq hujayra, nazorat ostidagi hujayraga nisbatan hajmiy energiya zichligini 27,6% ga oshiradi, bu esa tijoriy hujayra sharoitida 800 Vt/soat/l ga erishish imkoniyatini koʻrsatadi, 5C va 60 °C da 500 ta tsikldan keyin 78,6% sigʻimni saqlash bilan birga. Kirish Litium-ionli batareyalarning (LIB) doimiy rivojlanishi ularning energiya zichligi, quvvat zichligi, tsiklining ishlash muddati va xavfsizligi kabi turli jihatlarda sezilarli yaxshilanishlarga olib keldi. Hozirda mobil IT qurilmalari LIB ilovalarining muhim qismini tashkil qiladi, bu yerda zamonaviy LIBlarning operatsion spetsifikatsiyalari asosan qoniqarli darajada [1, 2, 3]. Biroq, elektr transport vositalari (EV) LIB bozorlariga kirib kelgach, asosiy elektrokimyoviy xususiyatlar yanada qiyin standartlarni qoʻydi; toʻliq zaryadlash uchun yuqori energiya zichligi talab qilinayotgan boʻlsa, tez zaryadlash va yuqori tezlikdagi operatsiyalar uchun reaksiyalar kinetikasini kuchaytirish talab qilinadi. Xavfsizlik ham EV ilovalari uchun muhim omil hisoblanadi. Ushbu asosiy xususiyatlar oʻrtasidagi oʻzaro bogʻliqlikni bartaraf etishda jiddiy muammo bor; bir xususiyatni boshqalarini qurbon qilmasdan yaxshilash odatda oson emas. Bunday oʻzaro bogʻliqlik ayniqsa energiya zichligi va tez zaryadlash (yoki quvvat qobiliyati) oʻrtasida aniq koʻrinadi. Nano materiallardan faol komponentlar [4, 5] sifatida foydalanish va uglerod nano materiallarini [6, 7, 8] oʻtkazuvchan agentlar sifatida qoʻshish ion diffuziya masofasi va ichki qarshilikni kamaytirish orqali zaryadlash tezligini oshirgan boʻlsa-da, koʻpgina usullar hozirgi LIB texnologiyasiga tatbiq etilishidan oldin yanada yaxshilanishni talab qiladi. Nano materiallarining tebranish zichligi anʼanaviy mikro zarralarnikidan ancha past, bu esa koʻpgina LIB ilovalari uchun tortishishga qaraganda muhimroq boʻlgan hajmiy energiya zichligiga zarar etkazadi. Ichki qarshilikni kamaytirishga qaratilgan shunga oʻxshash kontekstda, grafen kabi uglerod nano materiallarini birlashtirish laboratoriya miqyosidagi elektrodlarning elektr oʻtkazuvchanligini oshirishda samarali boʻldi. Biroq, katta miqyosdagi slurry jarayonida uglerod nano materiallarining kichik ogʻirlik miqdorini (masalan, <3 foiz) bir tekisda taqsimlash hali namoyish etilmagan. Chet el elementlari bilan doping qilish [9, 10] yoki stoikometrik nazorat [11, 12, 13] orqali mavjud faol materiallarni modifikatsiyalash ham Li ionlarining diffuziya tezligini va shu bilan mikro oʻlchamdagi anʼanaviy faol materiallarning zaryadlash tezligini oshirishi mumkin. Biroq, bu usullarning aksariyati oʻziga xos sigʻimni qurbon qilish hisobiga samarali boʻladi. Bundan tashqari, energiya zichligi va tez zaryadlashdan tashqari, uzoq tsikl ishlash muddatiga erishish, ayniqsa yuqori haroratlarda (masalan, 60 °C), yuqori sigʻimli elektrod materiallarini oʻz ichiga olgan ilgʻor LIBlar uchun qiyinchilik boʻlib qolmoqda. Nikelga boy va litiumga boy qatlamli oksidi materiallari yuqori sigʻimli sigʻimlari tufayli kelajakdagi katod materiallari sifatida qaralsa-da, zaryadlash paytida yuzaga keladigan katyon aralashuvi qatlamli skeletni spinel yoki tuzli strukturalarga buzilishi maʼlum, elektrod yuzasida keraksiz yon reaktsiyalar bilan birga. Shu kungacha qilingan saʼy-harakatlarni hisobga olgan holda, energiya zichligi va tsiklining ishlash muddatini sezilarli yoʻqotmasdan katod materiallarini tez zaryadlashga erishishning eng real echimlaridan biri, minimal tarkibda faol materiallarga bir tekisda qoplanishi mumkin boʻlgan oʻtkazuvchan himoya materiallarini topishdir. Li metallining yuqori tezlikda zaryadlash paytida choʻkishidan aziyat chekayotganligi sababli, ilgʻor anod materiallarini topish ham muhimdir. Shu nuqtai nazardan, biz grafen-silika (SiOₓ) birikmasini, yaʼni grafen sharini (GB), yuqori sigʻimli nikelga boy qatlamli katod materiallari uchun qoplama materiali sifatida, shuningdek, LIB anod materiali sifatida taqdim etamiz. Har bir GB SiOₓ nanozarali markazi va uni oʻrab turgan grafen qatlamlaridan iborat boʻlib, uch oʻlchovli (3D) popcorn-ga oʻxshash tuzilmani tashkil qiladi. SiOₓ nanozarrachalari koʻp jihatdan muhim rol oʻynaydi, masalan, grafen oʻsishi paytida SiOₓ-grafen interfeysida silikon karbid (SiC) qatlamining hosil boʻlishini oldini olish, GBning katod materialiga bir tekisda qoplanishini taʼminlash va GB anod materiali sifatida ishlatilganda yuqori oʻziga xos sigʻimni taʼminlash. GBning nikelga boy qatlamli katodga bir tekisda qoplanishi elektrolit bilan interfeys barqarorligini va elektrod boʻylab elektron oʻtkazuvchanlikni oshiradi, katodning tsikllanish qobiliyati va tez zaryadlash imkoniyatini sezilarli darajada yaxshilaydi. GBning oʻziga xos afzalliklaridan foydalanib, GB bilan qoplangan katod va GB anodini oʻz ichiga olgan toʻliq hujayra tijoriy hujayra sharoitida taxminan 800 Vt/soat/l hajmiy energiya zichligi imkoniyatini koʻrsatadi, bu esa 5C va 60 °C da 500 ta tsikldan keyin 78,6% sigʻimni saqlash bilan birga. Natijalar Grafen sharini sintez qilish Popcorn-ga oʻxshash GBni sintez qilish uchun biz grafen oʻsishi uchun kimyoviy bugʻli choʻktirish (CVD) jarayonini ishlab chiqdik. CH₄ gazi SiO₂ nanozarralari ishtirokida 1000 °C haroratda pechga berildi. Ushbu haroratda CH₄ vodorod atomlariga parchalanadi, keyin esa SiO₂ ni SiOₓ (x < 2) ga kamaytiradi. Shu bilan birga, quyidagi reaksiyaga koʻra OH⁻ ham hosil boʻladi: Ushbu reaktsiyadagi asosiy xususiyat shundaki, hosil boʻlgan SiOₓ grafen oʻsishi uchun katalitik joylarni taʼminlaydi va OH⁻ grafit uglerodining grafenga aylanishini osonlashtiradigan yumshoq oksidlovchi vazifasini oʻtaydi [14, 15]. Yumshoq oksidlovchilarning grafit uglerodining hosil boʻlishidagi roli yaqinda tushuntirib berilgan [16], bunda yumshoq oksidlovchi boʻlmasa, amorf uglerodning hosil boʻlishi ustunlik qiladi. Biroq, yumshoq oksidlovchi mavjud boʻlsa, CO yoki CO₂ hosil boʻlishiga qaratilgan reaksiya amorf uglerodga aylanishi kerak boʻlgan uglerod atomlari uchun afzalroq ekanligi aniqlandi. Aslida, metall katalizatorlardan foydalangan holda grafenni oson oʻstirish ham shunga oʻxshash tarzda amalga oshiriladi [17, 18, 19], bu yerda metal sirtida qolgan kislorod grafit uglerodining hosil boʻlishiga afzal reaksiyani taʼminlaydi. Yumshoq oksidlovchining mavjudligi SiOₓ yuzasida silikon karbid (SiC) qatlamining hosil boʻlishini oldini oladi, chunki oksidlovchi Si ning SiC hosil boʻlishiga kamayishini oldini oladi [19]. CH₄ ni eksklyuziv ravishda ishlatishga asoslangan reaktsiya sxemamizda, 900 °C dan past haroratlarda grafen deyarli oʻsmagan. Buning aksincha, 1050 °C va undan yuqori haroratlarda, grafenning oʻsishi grafit hosil boʻlishiga juda tez taʼsir qiladi (Qoʻshimcha rasmi 1). Taʼkidlash joizki, 1000 °C oʻsish harorati metall katalizatorlarsiz Si va SiO₂ substratlari asosida CVD asosidagi grafen oʻsishi uchun odatda ishlatiladigan haroratlardan (1100–1400 °C) pastroqdir [20, 21, 22]. Oʻsish muhitining muhim roli nazorat tajribasi bilan tushuntirildi (Qoʻshimcha rasmi 2); metall katalizatorlardan foydalangan holda anʼanaviy CVD jarayonlaridan soʻng, CH₄ va H₂ 1000 °C da 3:7 hajmiy oqim nisbatida berildi. CH₄ ning parchalanishi H₂ ning katta miqdori bilan sekinlashganligi sababli, grafen oʻsishi haqiqatan ham juda sekin edi, bu esa bizning sintez protokolimizda grafenni samarali oʻstirishda CH₄ ni eksklyuziv ishlatishning muhimligini koʻrsatdi. Umuman olganda, mavjud reaktsiya sxemasida reagentlar va reaktsiya haroratining tanlovi metall katalizatorlarni ishlatadigan avvalgi CVD analoglaridan farq qiladi va 3D ierarxik tuzilmasi boʻlgan grafen-SiOₓ birikmasini ishlab chiqarishda asosiy rol oʻynaydi. CVD jarayoni davomida oʻtkazilgan bir qator skanerlash elektron mikroskop (SEM) (Qoʻshimcha rasmi 3a–f) va transmissiya elektron mikroskop (TEM) tahlillari (1-rasm a–g) grafen oʻsishi va morfologiyasidagi oʻzgarishlarni aks ettiradi. CVD jarayonidan 5 daqiqa oʻtgach, SiO₂ yuzasi boʻylab zaif 2–3 qatlamli grafen plyonkasi kuzatildi (1-rasm b, e), kukunning rangi qoraygan (Qoʻshimcha rasmi 3g). CVD jarayonidan 30 daqiqa oʻtgach grafenning oʻsishi yanada kuchaydi, bu yerda 3D qatlam morfologiyasi aniq koʻrindi (1-rasm c, f). Yuqori kattalashtirilgan TEM tasvirida (1-rasm g) grafenning bir qismida olti burchakli atom tartiblari qayd etilgan, bu uning asosiy tekisligini aks ettiradi. 30 daqiqa oʻtgach, SiO₂ nanozarralarining oʻlchami oʻrtacha 28,2 dan 15,3 nm gacha kamayganligi ham kuzatildi (Qoʻshimcha rasmi 4). Bu SiO₂ ning yuqorida aytib oʻtilgan kamayishi va keyinchalik OH⁻ hosil boʻlishini oʻz ichiga olgan grafen oʻsishi sababli sodir boʻldi. Shu sababli, umumiy grafen oʻsishi asl dane narxiga toʻgʻri keladigan 3D bulk tuzilmasida kengayayotgan popcornga juda oʻxshaydi (1-rasm h). SiO₂ nanozarralaridan grafen oʻsishi. – TEM xarakteristikasi CVD oʻsishidan oldin, 5 daqiqa oʻsishdan keyin va 30 daqiqa oʻsishdan keyin (oʻlchov tayoqchalari, 50 nm). – Ularning mos ravishda kattalashtirilgan tasvirlari (oʻlchov tayoqchalari, 10 nm). 30 daqiqa oʻsishdan keyin grafenning yuqori kattalashtirilgan tasviri va uning atom darajasidagi koʻrinishi (oq quti ichida) (oʻlchov tayoqchasi, 2 nm). SiO₂ nanozarralaridan popcornga oʻxshash grafen oʻsishining grafik tasviri a c a b c d f g h Grafen oʻsishi qoʻshimcha tahlillar seriyasi bilan yanada tushuntirildi. Oʻsish paytida olingan rentgen diffraktsiya (XRD) spektrlari, CVD jarayoni rivojlanib borgan sari, grafitning (002) va (101) tekisliklariga mos keladigan 2θ = 26,44° va 44° dagi choʻqqilar doimiy ravishda oʻsganligini koʻrsatadi (2-rasm a), bu yana grafit uglerodining hosil boʻlishini tasdiqlaydi [23, 24, 25]. Grafen oʻsishi rentgen fotoelektron spektroskopiya (XPS) tahlilining C 1s shoxobchasidagi 284,5 va 291,5 eV dagi choʻqqilarida ham aks etdi [22, 23]. 284,5 eV dagi choʻqqi C–C va C=C bogʻlariga tayinlangan, ular 30 daqiqa oʻsishdan keyin grafit uglerodining hosil boʻlishi sababli sezilarli darajada paydo boʻlgan. XPS tahlilining Si 1s shoxobchasidagi progressiv XPS choʻqqilari (2-rasm c) CVD jarayonida SiO₂ ning kamayishini yana bir bor tasdiqlaydi [25]. Oʻsish vaqtining ortishi bilan 103 eV ga yaqin choʻqqi Si ning oksidlanish darajasi kamayganligi sababli pastroq bogʻlanish energiyalariga siljidi. Energiya dispersli X-ray (EDX) xaritalashdagi uglerod signali mavjudligi va intensivligiga asoslanib (2-rasm d–g), hatto 5 daqiqa oʻtgach ham, grafen oʻsishi SiOₓ yuzasi boʻylab haqiqatan ham sodir boʻlganligi va 30 daqiqa oʻtgach, oʻsish butun tasvir maydoniga tarqalganligi, Si va O esa bir tekisda taqsimlangan holda qolganligi aniqlandi. Grafenning ogʻirlik qismi, shuningdek, CVD oʻsish vaqtida GBning Raman tahlili, oʻziga xos sirt maydoni va oʻtkazuvchanlik natijalari 1-jadvalda keltirilgan. Oʻziga xos sirt maydoni uchun, uning reaksiya vaqtining ortishi bilan kamayishi progressiv grafitlanish bilan bogʻliq, bu davrda grafen qatlamlari birlashadi va bir-biriga yopishadi. batafsil Raman va termogravimetrik (TG) tahlil spektrlari Qoʻshimcha rasmi 5 da keltirilgan. Grafen sharini oʻsish jarayonida tahlil qilish. – CVD jarayoni davomida grafen oʻsishini kuzatish XRD, XPS C 1s shoxobchasida va XPS Si 2p shoxobchasidan foydalangan holda. – SiO₂ dan , 5 daqiqa va , 30 daqiqa grafen oʻsishidan keyin C, O va Si ga nisbatan EDX elementar xaritalash (oʻlchov tayoqchalari, 50 nm) a c a b c d g d e f g Nikelga boy katod materialiga grafen sharini qoplash Atom qatlamli morfologiyasi tufayli, grafen yuqori sigʻimli qatlamli katod materiallarini sirtini himoya qilish uchun eng ideal materiallardan biri hisoblanadi. Biroq, Hummer usuli [26, 27, 28, 29] ga asoslangan anʼanaviy eritma jarayonlari holatida, cheklangan miqdordagi grafen bilan bir tekis qoplamaga erishish, grafen qatlamlari orasidagi kuchli elektrostatik oʻzaro taʼsir natijasida yuzaga keladigan aglomeratsiya tufayli murakkabdir. Aglomeratsiya muammosini bartaraf etishga qaratilgan saʼy-harakatlarda, masalan, sharli frezalash jarayonidan foydalangan holda grafetni maydalash kabi boshqa yondashuv taklif qilingan [30]. Biroq, bu jarayon odatda sekin (6 soatdan ortiq) va eng muhimi, asosiy materialning kristallligiga zarar etkazishi mumkin. Shuningdek, CVD jarayonlari orqali amorf uglerod qoplamasi nikelga boy oksidi materiallariga qoʻllanmasligi ham taʼkidlanishi kerak [31, 32], chunki CVD jarayonlari oʻtish metallarini (TM) tortib oladi, asosiy materialning asl kristal tuzilishini buzadi. Buning aksincha, bu tadqiqotda sintez qilingan GB tijoriy LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ kukuni (oʻlchami = ~10 µm) yuzasiga Nobilta frezalash jarayoni orqali minimal 1 foiz miqdorda qoplanishi mumkin. Qoplash jarayoni ham juda tez (~10 daqiqa 3000 rpm da). SiOₓ urugʻlari ushbu bir tekis qoplamani kam ogʻirlik miqdorida taʼminlashda muhim rol oʻynaydi. SiOₓ urugʻlari GBning 57,5 foizini tashkil qiladi (Qoʻshimcha rasmi 5b TG natijasi) va qoplash jarayonida ularning mavjudligi GBga LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ yuzasiga kesish kuchini qoʻllash imkonini beradi, bu esa yaqin aloqa va hatto kirib borishni taʼminlaydi. Ushbu hodisani tasdiqlash uchun, 0,5 foiz SiO₂ va 0,5 foiz grafenning fizik aralashmasi bilan bir xil qoplash jarayoni oʻtkazildi. Ushbu namuna LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ zarralari orasidagi va LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ zarralari va reaktor devori orasidagi kuchli toʻqnashuvlar natijasida NCMning kristall tuzilishiga zarar etkazdi (Qoʻshimcha rasmi 6). Ushbu hodisalar SiO₂ zarrali markazlarini oʻz ichiga olgan 3D ierarxik tuzilmalar mavjud boʻlmagan holda yuzaga kelgan grafen aglomeratsiyasi tufayli kuchaygan. GBning bir tekis qoplanishi SEM va TEM tahlillari bilan tasdiqlandi. Keyingi vaqtlarda LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ GB qoplamasidan oldin va keyin mos ravishda Pristine NCM va GB-NCM deb ataladi. NCMning past kattalashtirishli SEM tasvirlari GB qoplamasidan oldin va keyin (3-rasm a, b, Qoʻshimcha rasmi 6a, b) kam miqdordagi GBning bir tekis taqsimlanishi tufayli juda oʻxshash morfologiyalarga ega edi. Biroq, GB-NCMning yuqori kattalashtirilgan SEM tasviri GBning NCMning birlamchi zarralari orasidagi boʻshliqlarga kirib borganligini koʻrsatadi (3-rasm d). GBning kirib borishi TEM tasvirlarida (3-rasm e, f) yanada aniqroq kuzatildi. 3-rasmda, e, bir grafen qatlami NCM zarra ustidagi boʻsh joyda kuzatilgan (qizil nuqta chiziqlariga qarang). Baʼzi grafen qatlamlari NCM yuzasi boʻylab tekislangan va 3,3 yoki 3,4 Å ning doimiy qatlamlararo masofasini namoyish etgan (3-rasm f). LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ga GB qoplash. LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ning SEM tasvirlari , GB qoplamasidan oldin (oʻlchov tayoqchalari, mos ravishda 2 µm va 200 nm) va , GB qoplamasidan keyin (oʻlchov tayoqchalari, mos ravishda 2 µm va 200 nm). , Grafen qatlamlarining TEM tasvirlari (oʻlchov tayoqchalari, 5 nm). LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ning birlamchi zarralari orasida joylashgan va LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ning birlamchi zarralari boʻylab qoplangan. , C va Si ga nisbatan LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ning EDX elementar xaritalash (oʻlchov tayoqchalari, 2 µm). GB qoplamasidan oldin va GB qoplamasidan keyin. GB, Pristine LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ va GB bilan qoplangan LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ning Raman spektrlari. Bir xil uch namuna uchun C 1s shoxobchasida XPS spektrlari. LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂ ga GB qoplamasining sxematik tasviri a c b d e f e f g h g h i j k GB qoplamasidan oldin va keyin EDX elementar xaritalash (3-rasm g, h) ham GBning har bir NCM zarra yuzasiga bir tekis taqsimlanishini koʻrsatadi. Raman tahlilida (3-rasm i), Pristine NCM hech qanday choʻqqilarni koʻrsatmadi, GBni GB-NCM holatida qoplash esa D, G va 2D choʻqqilari bilan aks etdi, ular asl GBning choʻqqilari bilan mos keladi. Xuddi shunday, GB-NCMning XPS C 1s spektrida (3-rasm j) C–C va C=C bogʻlari bilan ifodalangan grafit uglerodining hosil boʻlishi aniqlandi. 291,5 eV dagi satelit choʻqqisi ham grafit uglerodining hosil boʻlishini tasdiqlaydi [23]. Muhimi, hatto 1 foiz GB qoʻshilishi ham NCM kukunining oʻtkazuvchanligini pellet shaklida sinovdan oʻtkazganda sezilarli darajada yaxshilagan; pelletlangan Pristine NCM va GB-NCM mos ravishda 1,13 × 10⁻³ va 9,72 × 10⁻² S sm⁻¹ oʻtkazuvchanlik qiymatlarini koʻrsatdi. Umuman olganda, GBning oʻziga xos ierarxik tuzilishi uni mikro oʻlchamdagi NCM kukuni yuzasiga minimal tarkibda (3-rasm k) bir tekisda qoplashga imkon beradi va NCMning nisbatan past oʻtkazuvchanligini toʻldiradi. Batareya sinovi GB qoplamasining batareya ishlashiga taʼsirini sinash uchun, ham Pristine NCM, ham GB-NCM dastlab yarim-hujayra konfiguratsiyasida, Li metall diskini hisoblash va mos yozuvchi elektrod sifatida ishlatgan holda sinovdan oʻtkazildi. Birinchi navbatda, GB-asosidagi yondashuvning tijoriy jozibadorligini taʼkidlash uchun biz ishlatgan elektrod sharoitlarini koʻrib chiqamiz. LiCoO₂ ga asoslangan joriy tijoriy LIB katodlarida (masalan, smartfonlar uchun ishlatiladiganlar), faol material hajmiy energiya zichligini maksimal qilish uchun elektrodning 96–97 foizini tashkil qiladi [3]. Nikelga boy faol materiallar holatida, ularning past elektron oʻtkazuvchanligi tufayli, hozirda ~92 foiz miqdori optimal qiymat sifatida qabul qilinadi, bunda oʻtkazuvchan agent va bogʻlovchi mos ravishda ~4 foizni tashkil qiladi. Bizning holatimizda, nikelga boy katodlarning nisbatan past oʻtkazuvchanligini qoplash va shu bilan faol material tarkibini LiCoO₂ asosidagi elektrodlar darajasiga koʻtarishga urinib, 97 foiz NCM faol materiali, 0,5 foiz Super P, 1,0 foiz GB va 1,5 foiz polimer bogʻlovchidan (poliviniliden ftorid, PVDF) iborat elektrod tayyorlandi (Qoʻshimcha jadval 1 tafsilotlari). GBning 57,5 foizini SiOₓ urugʻlari tashkil etganligi sababli (Qoʻshimcha rasmi 5b), grafenning oʻzi butun elektrodning 0,425 foizini tashkil qiladi. Taʼkidlash joizki, oʻrnatilgan GB tufayli yaxshilangan oʻtkazuvchanlik tufayli NCM tarkibining (92 foiz → 97 foiz) ortishi elektrodning hajmiy sigʻimini ~33,3% ga oshirdi; 190 mA·soat/g berilgan tortishish sigʻimida, GB-NCM (97 foiz faol material) va Pristine NCM (92 foiz faol material) elektrodlari mos ravishda 760 va 570 mA·soat/sm³ sigʻimni berdi (Qoʻshimcha jadval 2). Maʼlumot uchun, ikkala elektrodda ham NCMning tebranish zichligi mos ravishda 4,0 va 3,0 g sm⁻³ edi. Ushbu katta farq Super P ning past zichligidan kelib chiqadi; Super P tarkibidagi kichik oʻzgarish ham faol materialning tebranish zichligida sezilarli farqqa olib keladi. Aslida, katod tomonidagi hajmiy sigʻimning ortishi toʻliq hujayra energiya zichligiga katta taʼsir koʻrsatadi, bu GB anodini tavsiflashda qayd etiladi. Qoʻshimcha rasmi 7a koʻrsatilganidek, ikkala elektrodning birinchi tsikllari davomida 0,1C (1C = 190 mA g⁻¹) da ular juda oʻxshash zaryadlash va tushirish sigʻimlarini (Pristine NCM uchun 195,18 va 188,50 mA·soat/g; GB-NCM uchun 198,24 va 191,7 mA·soat/g) hamda doimiy profillarni koʻrsatdi, bu esa GBning qoʻllanilishi NCM faol fazasining asl elektrokimyoviy xususiyatlarini buzmaganligini anglatadi. Biroq, tez zaryadlash qobiliyati ikkala elektrod uchun aniq farq qilardi (4-rasm a, b). Ushbu sinov uchun zaryadlash tezligi 0,