كەلگۈسىدىكى لايىھەلىتىي - ئىئون باتارېيەسىچوقۇم يۇقىرى - ئېنېرگىيە - ئىستېمال قىلىدىغان ئۈسكۈنىلەرنىڭ ئېھتىياجىنى قاندۇرالايدىغان بولۇشى كېرەك ، مەسىلەن ساپ توكلۇق ماشىنا ، ئارىلاش ماتورلۇق ماشىنىغا چېتىش - ۋە تۇراقلىق ئېنېرگىيە ساقلاش سىستېمىسى. تەتقىق قىلىنىۋاتقان رومان ئانود ماتېرىياللىرىغا نىسبەتەن ، ئىقتىدار ئاساسلىق ئىقتىدار كۆرسەتكۈچلىرىنىڭ بىرى. ئوخشىمىغان ئىنكاس مېخانىزىمىغا ئاساسەن ، يۇقىرى نەزەرىيەۋى ئىقتىدارغا ئىگە بىر قىسىم كاندىدات ماتېرىياللار كرېمنىي (Si) ، گېرمان (Ge) ، كرېمنىي ئوكسىد (SiO) ، قەلەي (Sn) ۋە ئوكسىد (SnOz) نى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ ، تىپىك سىغىمى 783 mA · g (SnOz ئۈچۈن) دىن 4211 mA · h / g (سى ئۈچۈن). گەرچە بۇ قېتىشما ماتېرىياللار ئەنئەنىۋى گرافت (372 mA · bg) ۋە لىتىي تىتانات (LTO ، 175 mA · Ng) غا سېلىشتۇرغاندا تېخىمۇ يۇقىرى ئالاھىدە ئىقتىدار ئەۋزەللىكىنى نامايان قىلسىمۇ ، ئەمما توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدا باشتىن كەچۈرگەن ئاۋاز مىقدارى ۋە دەسلەپكى ئەسلىگە كەلتۈرگىلى بولمايدىغان سىغىمچانلىقى ئۇلارنىڭ ئۆمرىنى چەكلەيدۇ. بۇ مەسىلىلەرنى ھەل قىلىش ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار ھەر خىل ئىستراتېگىيەلەر ئۈستىدە ئىزدەندى ، مەسىلەن زەررىچىلەرنىڭ چوڭ-كىچىكلىكىنى نانوسكولىغا ئازايتىش ۋە ئاكتىپ ياكى ھەرىكەتسىز مېتال لىتىي تەركىبلىرىنى ئۆز ئىچىگە ئالغان بىرىكمە ماتېرىيال سىستېمىسى بەرپا قىلىشقا ئۇرۇنۇش. بۇ ئۇسۇللار ئىچىدە ، ئاكتىپ لىتىي ئالتۇن بىلەن قېتىشما ماتېرىياللارنى بىرلەشتۈرۈپ ، ئۆتكۈزگۈچ بۇففېر ئاستى ھاسىل قىلىش دەۋرىيلىك ئىقتىدارىنى ياخشىلاشتا يوشۇرۇن كۈچنى نامايان قىلدى. ئۇندىن باشقا ، نانو قۇرۇلمىسى ياكى نانو قۇتىسى قاتارلىق نانو قۇرۇلمىسىنىڭ ئوخشىمىغان مورفولوگىيىسىنى ئىشلىتىشمۇ يۇقىرى سىغىم ، ياخشى ئۈنۈم ۋە ئۇزۇن دەۋرىيلىك ھاياتنى بىرلەشتۈرگەن كۆڭۈلدىكىدەك ئانود ماتېرىيالىغا ئېرىشىشنىڭ ئۈنۈملۈك ئۇسۇلى ئىكەنلىكىنى ئىسپاتلىدى.
Si - - كىرىمنىينى ئاساس قىلغان ئانود ماتېرىياللىرى
كرېمنىي - ئاساس قىلىنغان ئانود ماتېرىياللىرى ئاساسلىقى ساپ كرېمنىي ، كرېمنىي ئوكسىد ۋە كرېمنىي / كاربون بىرىكمىسىدىن تەركىب تاپقان. ئۇلارنىڭ نەزەرىيىۋى ئىقتىدارى يۇقىرى ، مۇھىت ئاسرايدىغانلىقى ۋە مول تەبىئىي زاپىسى بولغاچقا ، ئۇلار كېيىنكى - ئەۋلاد يۇقىرى - ئېنېرگىيە - زىچلىقتىكى لىتىي {{5} ion باتارېيە ئانودىنىڭ كۆڭۈلدىكىدەك تاللىشى دەپ قارىلىدۇ. جۇڭگو ئالىملىرى دۇنيادىكى تۇنجى بولۇپ لىتىي {{7} ion باتارېيەگە نانوسكولى كرېمنىي ئىشلىتىش ئۇقۇمىنى ئوتتۇرىغا قويدى. جۇڭگونىڭ مول كرېمنىي بايلىقى ۋە دۇنيانىڭ - ئېلېمېنتلىق كرېمنىينىڭ ئالدىنقى قاتاردا تۇرىدىغان ئىشلەپچىقىرىش ئىقتىدارىنى كۆزدە تۇتقاندا ، كرېمنىينىڭ - ئاساسىدىكى ئانود ماتېرىياللىرى ۋە ئۇلارنىڭ لىتىي - ئىئون باتارېيەسىدە قوللىنىلىشى ۋە كەلگۈسىدىكى يۇقىرى - ئىقتىدار لىتىي باتارېيەسىنىڭ ئاچقۇچلۇق تېخنىكىسىنى ئىگىلەشتە مۇھىم ئەھمىيەتكە ئىگە.
ئەنئەنىۋى گرافت ئانود ماتېرىيالىغا سېلىشتۇرغاندا ، كرېمنىي تېخىمۇ يۇقىرى نەزەرىيىۋى ئالاھىدە ئىقتىدارنى (4211 mA · h / g) ۋە بىر قەدەر تۆۋەن ئايرىش يوشۇرۇن كۈچى (0.5V) نى كۆرسىتىدۇ. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى ، كرېمنىينىڭ مەشغۇلات بېسىمى گرافتنىڭكىدىن سەل يۇقىرى. 5 - 9 رەسىمدە كرېمنىي كىرىستال ئىچىدىكى كونكرېت ئاتوم ئورۇنلاشتۇرۇشى كۆرسىتىلدى. توك قاچىلاش جەريانىدا ، كرېمنىينى ئانود قىلىپ ئىشلەتسىڭىز ، يەر يۈزىدىكى لىتىي تاختىسىنى ئازايتقىلى بولىدۇ ، بۇ ئارقىلىق باتارېيەنىڭ بىخەتەرلىكىنى ئۆستۈرىدۇ. ئۇنىڭ ئۈستىگە ، كرېمنىي مول ۋە ئەرزان. قانداقلا بولمىسۇن ، لىتىي {{11} ion ئىئونلۇق باتارېيە ئانودىغا كرېمنىي ئىشلىتىشمۇ بەزى رىقابەتلەرنى ئوتتۇرىغا قويدى. يېرىم ئۆتكۈزگۈچ ماتېرىيالى بولۇش سۈپىتى بىلەن ، كرېمنىينىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى ناچار. كۆپ قېتىم توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش دەۋرىدىن كېيىن ، لىتىي {{14} ion ئىئوننىڭ قىستۇرۇلۇشى ۋە قويۇپ بېرىلىشىدىن كېلىپ چىققان كۆرۈنەرلىك ھەجىم ئۆزگىرىشى ماددىنىڭ بۇزۇلۇشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىپ ، قۇرۇلمىنىڭ مۇقىملىقىغا تەسىر كۆرسىتىپ ، ئاكتىپ ماتېرىيالنىڭ نۆۋەتتىكى يىغىپ ساقلىغۇچىدىن ئايرىلىشىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىپ ، باتارېيەنىڭ ئايلىنىش ئۆمرىگە ئېغىر تەسىر كۆرسىتىدۇ. ئۇنىڭدىن باشقا ، بۇ ھەجىمنىڭ كېڭىيىشى كىرىمنىي يۈزىدە مۇقىم ۋە ئۈنۈملۈك قاتتىق - ھالەتتىكى ئېلېكترولىت كۆرۈنمە يۈزى (SED) نىڭ شەكىللىنىشىگە توسقۇنلۇق قىلىدۇ. ساپ كرېمنىي ياكى ئۇنىڭ بىرىكمىلىرىنى كاربون ماترىسسا ئىچىدە بىردەك تارقاقلاشتۇرغاندا ، بۇ مەسىلىلەرنى مەلۇم دەرىجىدە يېنىكلەتكىلى بولىدۇ: بىر تەرەپتىن ، ئۇ بىرىكمە ماتېرىيالنىڭ ئومۇمىي ئېلېكترونلۇق ئۆتكۈزۈشچانلىقىنى ئۆستۈرىدۇ. يەنە بىر جەھەتتىن ، كاربوننىڭ بولۇشى كىرىمنىي مىقدارىنىڭ ئۆزگىرىشى كەلتۈرۈپ چىقارغان بېسىمنى پەسەيتىپ ، ئېلېكترود قۇرۇلمىسىنىڭ بۇزۇلۇشىنى ئازايتىدۇ. شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ، كاربون SEI فىلىمىنىڭ مۇقىم شەكىللىنىشىنى ئىلگىرى سۈرەلەيدۇ. شۇڭلاشقا ، كرېمنىي بىلەن كاربوننىڭ ئەۋزەللىكىنى بىرلەشتۈرگەن بىرىكمە ماتېرىياللار كېيىنكى - ئەۋلاد يۇقىرى - ئېنېرگىيە - زىچلىقتىكى لىتىي ئىئونلۇق باتارېيە ئۈچۈن كۆڭۈلدىكىدەك ئانود كاندىداتلىرىنىڭ بىرى دەپ قارىلىدۇ.
SiO
كرېمنىيدىن باشقا ، كرېمنىي ئوكسىد (SiO) يەنە نەزەرىيىۋى سىغىمى 1600 mA · h / g دىن ئېشىپ كەتكەنلىكتىن لىتىي - ئىئون باتارېيەسىنىڭ كاندىدات ئانود ماتېرىيالى دەپ قارىلىدۇ. ئۇنىڭدىن باشقا ، لىتىي - ئوكسىگېننى ماسلاشتۇرۇش توك قاچىلاش ۋە قويۇپ بېرىش جەريانىدا كىچىك ھەجىم ئۆزگىرىشى ۋە تۆۋەن ئاكتىپلاش ئېنېرگىيىسىنى كۆرسىتىدۇ. بۇ جەرياندىكى يوشۇرۇن ئېلېكتىرو خىمىيىلىك رېئاكسىيەلەر SiO نىڭ Si ۋە LiO غا ئايلىنىشىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ ، ئۇنىڭدىن كېيىن لى بىلەن كرېمنىي - لىتىي قېتىشمىسى ھاسىل بولىدۇ. ياكى كرېمنىينىڭ بىۋاسىتە شەكىللىنىشى - لىتىي قېتىشمىسى ۋە LixSiO2. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى ، ساپ قاتتىق SiO ھەر قانداق تېمپېراتۇرىدا تېرمودىنامىكىلىق تۇراقسىز بولۇپ ، تەڭپۇڭسىزلىق رېئاكسىيەسى ئارقىلىق ئالاھىدە شارائىتتا Si ۋە SiO2 غا پارچىلىنىدۇ. كرېمنىيغا ئوخشاش ، SiO لىتىي سېلىش ۋە ئېلىش جەريانىدا زور مىقداردا كېڭىيىش ياكى تارىيىشنى باشتىن كەچۈردى. ئۇنىڭدىن باشقا ، SiO نىڭ ئۆتكۈزۈشچانلىقى ناچار بولۇپ ، لىتىينىڭ ئاستا ئاستا {{11} ion ئىئونغا كىرىش ۋە چېكىنىش نىسبىتىنى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. بۇ مەسىلىلەرنى ھەل قىلىش ، ئەسلىگە كەلتۈرۈش ئىقتىدارىنى ئاشۇرۇش ۋە دەۋرىيلىك مۇقىملىقنى ئاشۇرۇش ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار ھەر خىل ئىستراتېگىيەلەر ئۈستىدە ئىزدەندى. بۇنىڭ ئىچىدە كاربون سىرلاش تېخنىكىسى ، SiO دىكى لىتىينىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ئازايتىلىشى ۋە SiO زەررىچە كۆلىمىنى ئازايتىش ئالاھىدە ئۈنۈملۈك ئۇسۇل دەپ قارىلىدۇ. بولۇپمۇ كىچىك زەررىچىلەر ۋە كاربون سىرلىرى بىلەن بىرلەشتۈرۈلگەندە ، لىتىي ئىئوننىڭ تارقىلىش يولىنى ئۈنۈملۈك قىسقارتقىلى بولىدۇ ، شۇنىڭ بىلەن بىر ۋاقىتتا ئېلېكترون ۋە ئىئون ئۆتكۈزۈش ئۈنۈمىنى ئۆستۈرىدۇ ، بۇ ئارقىلىق يۇقىرىدا تىلغا ئېلىنغان خىرىسلارنى يېڭىدۇ.
GE
گېرمان لىتىي - ئىئون باتارېيە ئانود ماتېرىيال تەتقىقاتىدا Liz2Ge5 stoichiometric نىسبىتىدىكى يۇقىرى لىتىي ساقلاش سىغىمى (1623 mA · h / g) ۋە ئۇنىڭ تەتۈر يۆنىلىشلىك لىتىي كىرگۈزۈش ۋە ئېلىش جەريانىدىكى مۇھىم دىققىتىنى قوزغىدى. گەرچە گېرمان كرېمنىيدىن قىممەت بولۇپ ، سىغىمى سەل تۆۋەنرەك بولسىمۇ ، ئەمما ئۇ مۇھىم ئەۋزەللىككە ئىگە ، مەسىلەن سىلىتسىينىڭ 10،000 ھەسسىسىگە ، بەلۋاغ ئارىلىقى ئاران 0.67 eV. تەتقىقاتلاردا ئىسپاتلىنىشىچە ، لىتىي ئىئونىنىڭ گېرماندىكى تارقىلىش نىسبىتى كرېمنىيدىن 360 گرادۇسقا قارىغاندا 15 ھەسسە ، ئۆي تېمپېراتۇرىسىدا 400 ھەسسە تېز بولىدىكەن. بۇ خۇسۇسىيەتلەر گېرماننى ئېسىل يۇقىرى - نۆۋەتتىكى قويۇپ بېرىش ئىقتىدارى ۋە تېخىمۇ يۇقىرى توك قاچىلاش ئۈنۈمى بىلەن تەمىنلەيدۇ. بۇ يۇقىرى - قۇۋۋەت ئىقتىدارى توكلۇق ماشىنىغا ئوخشاش يۇقىرى - يۇقىرى ئۈنۈملۈك توك چىقىرىشنى تەلەپ قىلىدىغان قوللىنىشچان پروگراممىلاردا ئىنتايىن مۇھىم. قانداقلا بولمىسۇن ، كرېمنىيغا ئوخشاش ، گېرمان يەنە ئاۋازنىڭ كېڭىيىش مەسىلىسىگە% 300 كە يېتىدۇ ، بۇ لىتىي - ئىئون باتارېيەسىدە ئەمەلىي قوللىنىلىشىدىكى توسالغۇغا ئايلاندى. نانو بۆلەكلىرى ، نانو سىفىرلىرى ياكى نانو قۇتىسى قاتارلىق نانو قۇرۇلمىسىنى لايىھىلەش ئارقىلىق ، ئاۋاز ئۆزگىرىشىنىڭ پاسسىپ تەسىرىنى ئۈنۈملۈك پەسەيتكىلى بولىدۇ ، بۇ ئارقىلىق توڭلىتىش ئۈنۈمىنى ئۆستۈرگىلى بولىدۇ. دىققەت قىلىشقا ئەرزىيدىغىنى شۇكى ، قاتتىق - ھالەتتىكى پىرولىزغا ئوخشاش ئاددىي ئۇسۇللارنى ئىشلىتىپ گېرمان نانو ئېلېمېنتى - ئۆتكۈزگۈچ سۇيۇقلاندۇرۇلغان بىرىكمە تەركىبلەرنى تەييارلاش ئېلېكترودنىڭ ئېلېكتىرو خىمىيىلىك ئىقتىدارىنى تېخىمۇ ئەلالاشتۇرالايدۇ.
SnO2
قالاي دىئوكسىد (SnO2) دەسلەپتە فۇجىفىلم تەرىپىدىن ئىجاد قىلىنغان بولۇپ ، نەزەرىيىۋى سىغىمى يۇقىرى ۋە مەشغۇلات بېسىمى تۆۋەن (لىلى بىلەن سېلىشتۇرغاندا تەخمىنەن 0.6 eV) لىتىي {{1} ion ئىئون باتارېيەسىنىڭ پاسسىپ ئېلېكترود ماتېرىيالى سۈپىتىدە كىشىلەرنىڭ دىققىتىنى قوزغىغان. ئېلېكتىرو خىمىيىلىك رېئاكسىيە جەريانىدا ، ئۇ ئالدى بىلەن قىسمەن ئەسلىگە كەلتۈرگىلى بولمايدىغان باسقۇچنى باشتىن كەچۈردى ، بۇ يەردە SnO2 مېتال قەلەي (Sn) ۋە لىتىي ئوكسىد (LiO) غا ئايلىنىدۇ. ئۇنىڭدىن كېيىن ، تەتۈر يۆنىلىشلىك باسقۇچ يۈز بېرىپ ، قەلەي - لىتىي قېتىشمىسىنىڭ شەكىللىنىشى ۋە پارچىلىنىشىنى ئۆز ئىچىگە ئالىدۇ. نەزەرىيە جەھەتتىن ئېيتقاندا ، SnO2 نىڭ ھەر بىر موللى 8.4 مول لىتىي بىلەن ئىنكاس قايتۇرالايدۇ ، بۇ نەزەرىيىۋى سىغىمى 1491 mA · h / g. قانداقلا بولمىسۇن ، دەسلەپكى ئازايتىش رېئاكسىيەسىنىڭ تۆۋەن بۇرۇلۇشچانلىقىنى كۆزدە تۇتۇپ ، ئەمەلىي قوللىنىشچان پروگراممىلاردا ، پەقەت كېيىنكى قېتىشتۇرۇش / پارچىلاش جەريانىدا تۆھپە قوشقان ئۈنۈملۈك سىغىم - تەخمىنەن 783 mA · h / g - دەپ قارىلىدۇ ، بۇ قىممەت SnO2 ماتېرىيالىنىڭ ئەمەلىي نەزەرىيەۋى ئىقتىدارى سۈپىتىدە ئىشلىتىلىدۇ. ئۇنىڭدىن باشقا ، توك قاچىلاش - قويۇپ بېرىش دەۋرىدە ، بۇ ماتېرىيال كۆرۈنەرلىك ھەجىمدە كېڭىيىدۇ (% 200 تىن ئېشىپ كېتىدۇ) ، ئېغىر دەرىجىدىكى زىياننى كەلتۈرۈپ چىقىرىدۇ. بۇنىڭ ئۈچۈن ، تەتقىقاتچىلار SnO2 نىڭ ۋېلىسىپىت مۇقىملىقىنى ياخشىلاش ۋە ھەر خىل ئۇسۇللار ئارقىلىق ئاۋازنىڭ ئۆزگىرىشى سەۋەبىدىن ئەسلىگە كەلتۈرگىلى بولمايدىغان ئىقتىدارنى ئازايتىشقا بېغىشلانغان.