Бул изилдөө, көмүр газдаштыруу майда шлагындагы кремний ичерен органикалык эмес компоненттерин литий-ион батареялар үчүн силикон-карбон анод материалсине дөнүштүрүлмесини изилдейт. Схаанxи’деки бир көмүр ишканасынден алынан шлактан күресел кремний диоксит хазырланмыш, бу материал 700 °C’де магнезиотермиялык калыбына келтирүү йолуйла кристал кремнийа дөнүштүрүлмүш ве 24 саатлик кислота менен жуунын ардындан сахароза көкенли карбонла 900 °C’де капланмыштыр. Номинал кремний/карбон масса катышы 2:1 олан Si@C-2 үлгүси, изилденген композитлер арасында ен денгели өзөк-кабык түзүмүны ве электрохимиялык перформансы гөстермиш; 2 А·g⁻¹ ток тыгыздыгында 269,66 mAh·g⁻¹ капасите, төмөн токко дөнүлдүгүнде %86,5 сыйымдуулуктун калыбына келиши ве 100 цикл соңунда %82,1 сыйымдуулуктун сакталуусу билдирилген. Ошентсе да изилдөө рецензиядан өткөн эмес; тажрыйбалар болжол менен 1 мг·cm⁻² активдүү зат жүктөлүшүне сахип литйум метал каршы электродлу лаборатория типи жарым клеткаларда герчеклештирилмиш, толук клетка, йүксек йүклеме, пилоттук масштаб, нарк, жашоо цикли ве узак мөөнөттүү коопсуздук догруламалары сунулмамыштыр.

Изилдөөнүн чыкыш ноктасы ики айры маселеу бирликте еле алмактыр. Биринжи маселе, көмүр газдаштыруу майда шлагынун йүксек катышда СиО₂, Al₂O₃ ве Fe₂O₃ ичермесине рагмен чогунлукла деполанан бир каты калдык олмасыдыр. Икинжи маселе болсо йүксек теорик капаситеси неденийле батарея аноддорунда илги ылайыкн кремнийун өндүрүш нарки, дүшүк електрик мененткенлиги ве шарж-дешарж сырасында болжол менен %300’е улашабмененн көлөм дегишимидир. Изилдөөчүлөр, шлактын кремний кайнагы катары кулланылмасыйла чийки зат наркини азалтмайы; көзөнөктүү түзүм ве карбон каптоо йолуйла кремнийун көлөм кеңлемесини, мененткенлик маселеуну ве цикл карарсызлыгыны хафифлетмейи максат кылган.

Түркия жагынан баалоо: Изилдөө, Түркияда өнөр жайлык минерал артыкларынын батарея материалси, адсорбан вейа мененри серамик чийки затси катары маанилендирилмесине йөнелик дөнгүсел економи изилдөөлары ачжылуулукндан методологиялык маани ташымактадыр. Йаклашымын Түркия’йе уйарланабилмеси үчүн жергиликтүү көмүр газлаштырма вейа бензер йүксек силисли өнөр жайлык артыкларын минераложик курамы, агыр метал ичериги, тане түзүмү ве индиргенебилирлиги айры айры өлчүлмели; алынган кремнийун маалыматми, сафлыгы ве электрохимиялык перформансы ошол эле протоколле догруланмалыдыр. Ошондой эле фторсутек кислотасы колдонулушу, агынды суу арытымы, магний түкетими, енержи герексиними, герчек өндүрүш нарки ве чевресел биланчо Түркиядаки тесис шарттарына ылайык маанилендирилмелидир. Бул изилдөөдан, Түркияда булунан херханги бир шлактын ошол эле сонужу вережеги, убакытжин економик олажагы, йерли батарея өндүрүшине догрудан актарылабмененжеги вейа өнөр жайлык масштабте чевресел йарар саглайажагы сонужу чыкарыламаз.

Изилдөөнүн негизги маселеи недир?

Литий-ион батареяларын енержи деполама капаситесини артырмак үчүн графиттен дагы йүксек өзгүл капасите саглайабмененжек аноддора ихтийач дуйулмактадыр. Изилдөөдө догал ве модифийе графит аноддорын теорик өзгүл капаситесинин 400 mAh·g⁻¹ дүзейинин астында калдыгы, кремнийун теорик капаситесинин болсо 4200 mAh·g⁻¹ катары кабул едилдиги белиртилмектедир. Буга каршы кремний, там литйумланма сырасында болжол менен %300 көлөм кеңлемесине уграйабилмектедир. Бу кеңлеме парчажыкларын сынуусына, електриксел темасын кайболмасына ве катуу электролит аралык фазасынын убакыткли йениден олушмасына йол ачабилмектедир.

Изилдөөчүлөр бу материал маселеуну, көмүр газдаштыруу майда шлагынун маанилендирилмесийле бирлештирмиштир. Инжеленен шлактын органикалык эмес бөлүмүнде СиО₂, Al₂O₃ ве Fe₂O₃ топламынын масса боюнча %60’ын үстүндө олдугу белиртилмектедир. Изилдөөнүн негизги суроосу, бу калдыктан айрылан кремний кайнагынын сафлаштырыларак электрохимиялык катары ишлевсел кремнийа дөнүштүрүлүп дөнүштүрүлемейежеги ве уйгун өлчөмда карбон каптоонун кремнийун түзүмдүк туруктуулыгыны иймененштирип иймененштиремейежегидир.

Изилдөө литератүрде ханги бошлугу максаттайт?

Өнжеки изилдөөларын көмүр газлаштырма шлактындан чогунлукла көзөнөктүү СиО₂, содйум силикат вейа адсорпсийон материалси үреттиги актарылмактадыр. Бу изилдөө болсо шлактан алынган күресел СиО₂’йи догрудан бир сон үрүн катары быракмак йерине, мурун элементтик кремнийа калыбына келтирүүкте ве ардындан силикон-карбон өзөк-кабык анод түзүмүна дөнүштүрмектедир. Изилдөөчүлөр, күресел СиО₂’нин бу амачла илк кез кулланылдыгыны мененри сүрмектедир. Бу “илк” олма иддиасы изилдөө үчүнде сунулан бир автор баалоосидир; багымсыз ве капсамлы бир мурунлик тарамасыйла бу макале капсамында ырасталган эмес.

Жүруфтан кремнийа дөнүшүм насыл герчеклештирилмиштир?

Хуатинг Жоал Ындустрй Гроуп’тан алынан көмүр газдаштыруу майда шлагынун органикалык эмесче зенгин 5 грамлык бөлүмү металик сафсызлыкларын узаклаштырылмасына таби тутулмуш ве сол-жел ишлемийле күресел СиО₂ даярдалган. Хазырланан СиО₂’нин 0,5 грамы, елдивенли куту үчүнде 1,5 грам магний тозуйла агат хаванда карыштырылмыштыр. Карышым түп фырында 700 °C’де 1 саат жылуулук ишлеме таби тутуларак хам кремний үрүнү алынган.

Магнезйотермик калыбына келтирүүнин изилдөө үчүнде маалыматлен ана тепкимеси шөйледир:

\[ \mathrm{SiO_2(s) + 2Mg(g) \rightarrow Si(s) + 2MgO(s)} \]

Бу тепкимеде СиО₂, элементтик кремнийа калыбына келтирилип жатканда магний оксиженле бирлешерек MgO олуштурмактадыр. СиО₂ ве Mg үчүн колдонулган өлчөмлар грам, ишлем температурасы °C ве убакыт саат жинсинден маалыматлмиштир. Тепкиме екзотермик олдугундан парчажыкларда чатлак, сынуу ве жергиликтүү синтерлешме олушабилмектедир.

Изилдөөдө ики оласы йан тепкиме де төмөнкү сүрөтде йазылмыштыр:

\[ \mathrm{Mg(g) + Si(s) \rightarrow Mg_2Si(s) + O_2} \]

\[ \mathrm{SiO_2(s) + 2MgO(s) \rightarrow Mg_2SiO_4(s)} \]

Икинжи нумаралы тепкиме текстде бу бичимде басылмыштыр. Бирок сол тарафта оксижен кайнагы булунмамасына рагмен саг тарафта O₂ йер алмакта ве бир Mg атомундан Mg₂Si олуштурулмактадыр. Бу неденле теңдеме йазылдыгы бичимийле атом денгеси сагламамактадыр. Изилдөөйы сессизже дүзелтмек йерине, бу формулаүн авторлор тарафындан гөзден гечирилмеси герекен бир текст вейа стокийометри хатасы олдугу белиртилмелидир. Үчүнжү тепкиме болсо магний силикат йан фазасы Mg₂СиО₄ олушумуну темсил етмектедир.

Хам калыбына келтирүү үрүнү, магнийу ве магний окситлери узаклаштырмак амажыйла 1 мол·Л⁻¹ туз кислотасыте 24 саат карыштырылмыш ве нөтр пХ’а улашынжайа катар деийонизе суйла йыканмыштыр. Тепкимейе гирмемиш СиО₂’йи гидермек үчүн үлгү дагы кийин %5 HF чөзелтисинде 45 мүнөт тутулмуш, йениден нөтр пХ’а катар йыканмыш ве курутулмуштур.

Асит йыкама мөөнөтү неден маанилүүдир?

Изилдөөда 2, 12 ве 24 саатлик туз кислотасы ишлемлери каршылаштырылмыштыр. X-ышыны кырынымы натыйжалары, 2 ве 12 саатлик ишлемлерден кийин MgO ве Mg₂СиО₄ гиби йан фазалара аит кырыным ишаретлеринин калдыгыны; 24 саатлик ишлемден кийин болсо сафсызлык пиклеринин чоң өлчүде кайболдугуну көрсөтөт. HF ишлеми сырасында калан MgO менен HF арасындаки реаксийон неденийле МгФ₂ фазаларынын да олушабилдиги белиртилмектедир.

Сафлаштырылмыш үрүнлерде 2θ = 28,4°, 47,3°, 56,1°, 69,1°, 76,4° ве 88,0° конумларында гөрүлен пиклер, күбик кремнийун сырасыйла (111), (220), (311), (400), (331) ве (422) кристал дүзлемлерийле илишкмененндирилмиштир. Бу натыйжа, шлактан айрылан СиО₂’нин кристал кремнийа дөнүштүгүнү дестеклемектедир.

SEM сүрөттөринде индиргенмиш кремнийун бир бөлүмүнүн баштапкытаки күресел бичими корудугу, дигер бөлүмүнүн болсо дагы кичинекей кырынтылара айрылдыгы гөрүлмектедир. Метинде парчажык бойуту болжол менен 300 nm катары ифаде едилиркен Шекил 1’деки бүйүтүлмүш сүрөтде үлгү бир парчажык үчүн 378 nm ишарети булунмактадыр. Бу сүрөт текил вейа темсилî бир өлчөөдүр; изилдөө капсамлы бир парчажык бойуту дагылымы вермемектедир.

Азот адсорпсийон-десорпсийон егриси тип ЫВ изотерм катары йорумланмыш ве мезокөзөнөктүү түзүм менен илишкмененндирилмиштир. Сафлаштырылмыш кремний үчүн өзгөчө бет аянты 53,97 м²·g⁻¹, көзөнөк көлөмү 0,089 cm³·g⁻¹ катары маалыматлмиштир. Гөзенек дагылымы графигинде болжол менен 4,84 nm’лик баскын гөзенек бойуту ишаретленмектедир. Изилдөөчүлөр бу гөзенеклерин хем електролит темасыны ве Ли⁺ ташынымыны колайлаштырабмененжегини хем де кремнийун кеңлемеси үчүн бош көлөм саглайабмененжегини баалооктедир.

Сафлаштырылмыш кремнийун электрохимиялык перформансы насылдыр?

24 саат йыканмыш кремний үлгүсинин илк цикл өзгүл капаситеси 1891,2 mAh·g⁻¹, баштапкы Кулон натыйжалуулугу болсо %90,2 катары билдирилген. Акым йогунлугу сырасыйла 0,1, 0,2, 0,5, 1 ве 2 А·g⁻¹ олдугунда өзгүл капасителер 1647,82, 1414,9, 1061,32, 812,26 ве 482,72 mAh·g⁻¹ катары өлчөнгөн. Акым йогунлугу йениден 0,1 А·g⁻¹ дүзейине индирилдигинде капасите 1418,2 mAh·g⁻¹ мааниине дөнмүштүр.

24 саатлик үлгү, 2 А·g⁻¹ дүзейинде баштапкы капаситесинин %29,3’үнү, йениден 0,1 А·g⁻¹ дүзейине дөнүлдүгүнде болсо %86,1’ини сактаган. Изилдөөчүлөр бу перформансы MgO ве Mg₂СиО₄ гиби йогун йан фазаларын узаклаштырылмасыйла ачыкламактадыр. Бирок сафсызлык өлчөмы нижел бир химиялык анализле маалыматлмемиш; йорум есас катары XRD пиклеринин азалмасына ве электрохимиялык егрмененре дайандырылмыштыр.

Карбон каплама насыл олуштурулмуштур?

Саф кремнийун 0,5 грамы, 20 мЛ хажминде 0,085 мол·Л⁻¹ сахароза чөзелтисийле карыштырылмыштыр. Карышым су банйосу астында тамамен куруйунжайа катар манйетик катары карыштырылмыш, алынган өнжүл аргон атмосферинде 900 °C’де 1 саат карбонлаштырылмыштыр. Саккароз, хидроксил груплары йолуйла кремний йүзейийле еткмененшебмененн ве жылуулук ишлем сонунда аморф серт карбон табакасы олуштурабмененн карбон кайнагы катары сечилмиштир.

Дөрт номинал Si/C масса катышы даярдалган:

Бу катышлар баштапкыта колдонулган номинал масса катышларыдыр. Карбонлаштырма кийинсында композитлерде калан герчек карбон йүздеси термогравиметрик анализ вейа башка бир нижел ыкмале билдирилмемиштир. Бу неденле “2:1” маании акыркы үрүнүн кесин елементел курамы катары маанилендирилмемелидир.

Өзөк-кабык түзүмү ханги сүрөттөрле ырасталган?

Si@C-2 үлгүсинин TEM ве HRTEM сүрөттөринде кремний парчажыкларынын сахароза көкенли карбон табакасыйла чеврелендиги гөрүлмектедир. Кристал кафес аралыгы 0,31 nm катары өлчүлмүш ве кремнийун (111) дүзлемийле илишкмененндирилмиштир. Сечилмиш алан електрон кырынымы десенинде кремнийун (111) ве (220) халкалары аныкталган.

ХААДФ ве EDX елемент карталарында кремний сигналинин чекирдек бөлгеде йогунлаштыгы, карбонун болсо чекирдегин чевресине йайылдыгы гөрүлмектедир. Оксижен картасында дүшүк дүзейли оксижен сигнали де булунмактадыр. Изилдөөчүлөр буну хава менен кыска мөөнөттүү темас сырасында олушан инже бир догал СиО₂ табакасыйла ачыкламактадыр. Гөрүнтүлер өзөк-кабык мимарисини нител катары дестеклемектедир; бирок карбон кабук калынлыгынын абдан сайыда парчажык аркылуу истатистиксел дагылымы маалыматлмемиштир.

FTIR, XRD, Raman ве XPS анализлери не көрсөтөт?

FTIR спектрунда болжол менен 1078 cm⁻¹ банды Si–O–Si асиметрик герилмесине ве инже йүзей оксит табакасына багланмыштыр. 1560–1700 cm⁻¹ аралыгындаки кең сигнал, сп² карбон аланларындаки C=C титрешимлери менен кенар карбонил кусурларынын үст үсте бинмеси катары йорумланмыштыр. 2915 cm⁻¹ живарындаки алсыз бант болсо сахарозаун дехидрасйону ве карбонлашмасы кийинсында калан алкил зинжирлерийле илишкмененндирилмиштир.

XRD десенлеринде кристал кремний пиклери корунуркен 2θ = 20–26° аралыгында аморф карбонун (002) дүзлемине атфедмененн алсыз ве кең бир сигнал гөрүлмектедир. Кремний пиклеринин йүксек шиддети карбон сигналини кысмен маскелемектедир. Бу натыйжа, капламанын узун мензилли графитик дүзене сахип олмадыгыны дестеклемектедир.

Raman спектрларында болжол менен 1350 cm⁻¹ конумундаки Д банды кусурлу вейа дүзенсиз карбону, болжол менен 1580 cm⁻¹ конумундаки Г банды болсо сп² хибритлешмиш графитик аланлары темсил етмектедир. Д ве Г банды шиддет катышлары Si@C-0.5, Si@C-1, Si@C-2 ве Si@C-3 үчүн сырасыйла болжол менен 1,59, 1,57, 1,51 ве 1,61’дир. Түм маанилерин 1,5–1,6 аралыгында булунмасы, сахароза көкенли карбонун йүксек кусур йогунлугуна сахип аморф бир түзүм олдугуну көрсөтөт.

XPS анализинде C 1s сигнали 284,8 еВ’де C–C, 286,1 еВ’де C–O ве 288,5 еВ’де C=O компоненттерине айрылмыштыр. Si 2p сигнали 99,4 еВ’де Si, 100,0 еВ’де Si–C ве 103,7 еВ’де Si–O компоненттерийле ешлештирилмиштир. O 1s анализинде текст, 533,2 еВ сигналини C–O ве 531,2 еВ сигналини сахароза синтерлемесинден калан C–O катары танымламактадыр. Буга каршы ек XPS графигинде 531,2 еВ компоненти “Si–O” катары етикетленмиштир. Метин менен сүрөт арасындаки бу ар түрдүүлык гидерилмеден 531,2 еВ пикинин кесин химиялык атамасы түзүмламаз.

Si@C композитлеринин ана электрохимиялык натыйжалары нелердир?

Si@C-2 електроду, йүксек акым ылдамдыгындаки сыйымдуулуктун сакталуусу ве төмөн токко дөнүштеки сыйымдуулуктун калыбына келиши бакымындан ен денгели үлгү катары аныкталган. 2 А·g⁻¹ ток тыгыздыгында 269,66 mAh·g⁻¹ капасите вермиш ве 0,1 А·g⁻¹ дүзейиндеки капаситесинин %31,15’ини сактаган. Акым йениден 0,1 А·g⁻¹ дүзейине индирилдигинде сыйымдуулуктун сакталуусу %86,5’е улашмыштыр.

Si@C-1 эң жогорку илк дешарж капаситесини вермесине рагмен Si@C-2 дагы йүксек баштапкы Кулон натыйжалуулугу ве дагы ийи 100 цикл сыйымдуулуктун сакталуусу сагламыштыр. Бу каршылаштырма, эң жогорку илк капаситенин тек башына ен ийи электрод анламына гелмедигини; карбон каптоо убакытклилиги, ийон ташынымы ве гери дөнүшүмлүлүк арасында денге геректигини көрсөтөт.

EIS графигинде Si@C-2 ен кичинекей жарым тегерек чапыны гөстермекте ве бу дурум эң төмөн заряд өткөрүү каршылыгыйле илишкмененндирилмектедир. Si@C-0.5 болсо ен чоң жарым тегерекйе сахиптир. Изилдөөчүлөр буну ашыры калын ве йогун карбон табакасынын ачык ийон каналларыны азалтмасына багламактадыр. Ошентсе да эквиваленттүү чынжыр модели, сайысал Р_жт маанилери ве уйум хаталары маалыматлмедигинден EIS сонужу нижел дегил, егрмененрин ылайыкли каршылаштырмасына дайанмактадыр.

Литйум ийону ташынымы ве деполама меканизмасы насыл ачыкланмыштыр?

Галваностатик аралыклы титрасйон текниги (GITT), электрода кыса бир акым тарбеси уйгуланмасы ве ардындан герилим йары денгейе улашынжайа катар ачык девре динленмеси есасына дайанмактадыр. Изилдөөдө 0,2 А·g⁻¹ акым тарбеси уйгуланмыш; хер басамактаки гечижи герилим дегишими ΔЕ_τ ве туруктуу герилим дегишими ΔЕ_с колдонуп Ли⁺ диффузия коэффициентинын хесапландыгы белгиленген. Бирок эсептөө теңдемеи, тарбе мөөнөтү, динленме мөөнөтү ве колдонулган электрод геометриси ачыкча маалыматлмемиштир.

Метинде Si@C-2 үчүн шарж сырасында Ли⁺ диффузия коэффициентинын болжол менен 10^−11,5–10⁻¹² cm²·с⁻¹, дешарж сырасында болсо 10⁻¹¹–10^−11,5 cm²·с⁻¹ аралыгында олдугу ифаде едилмектедир. Буга каршы GITT графиклеринин баштапкы нокталарында дагы йүксек гечижи логаритмик маанилер гөрүлмектедир. Бу неденле текстдеки аралыклар бүтүн циклин кесин минимум ве максимумлары йерине, убакытжин белирли бөлүмүндеки типик маанилер катары окунмалыдыр.

Литйумланма мененрледикче Ли_xSi эритмелерынын олушмасы ве кремнийун кеңлемеси неденийле дифүзйон каршылыгынин арттыгы, ошондуктан Д_Ли+ мааниинин азалдыгы мененри сүрүлмектедир. Карбон агы менен көзөнөктүү түзүм болсо баштапкыта дагы ылдам ийон ташынымына салымда булунмактадыр.

Дөнгүсел волтаметри анализинде илк катодик тарамада 0,5–1,0 В арасында гөрүлен ве кийинки циклдерде кайболан кең индиргенме пики, катуу электролит аралык фазасынын олушумуйла илишкмененндирилмиштир. 0,1–0,5 В аралыгындаки индиргенме сигнали кристал кремнийун Ли_xSi фазаларына дөнүшүмүнү; болжол менен 0,35 ве 0,53 В’деки йүкселтгенме пиклери болсо Ли_xSi эритмесиндан литйумун айрылмасыны темсил етмектедир.

Тепе акымы менен скандоо ылдамдыгы арасындаки илишки төмөнкү теңдемеле анализ едилмиштир:

\[ i = a v^b \]

Бурада и чоку тогуны, в скандоо ылдамдыгыны, а колдонулган биримлере ве электрохимиялык системе баглы катышты сабитини, б болсо кинетик меканизманын карактерини ифаде етмектедир. б мааниинин 0,5’е йаклашмасы дифүзйон контроллү, 1’е йаклашмасы болсо йүзей вейа капаситиф контроллү давранышын агырлыгыны гөстерир. Si@C-2 үчүн б = 0,63 булунмасы, ики меканизманын бирликте еткили олдугуну дестеклемектедир.

Псөдокапаситиф салым 0,2 мВ·с⁻¹ скандоо ылдамдыгында болжол менен %18,0; 0,4 мВ·с⁻¹’де %21,0; 0,6 мВ·с⁻¹’де %24,7; 0,8 мВ·с⁻¹’де %28,3 ве 1,0 мВ·с⁻¹’де %32,9 катары эсептелген. Тарама ылдамдыгы йүкселдигинде йүзейе йакын ылдам тепкимелерин топлам капаситейе салымы артаркен дифүзйон контроллү бөлүмүн ылайыкли пайы азалмактадыр.

Изилдөөнүн дестекледиги натыйжалар нелердир?

• Инжеленен Схаанxи ширетилген көмүр газдаштыруу майда шлагынан айрылан СиО₂, белиртмененн лаборатория шарттарында кристал кремнийа дөнүштүрүлебилмиштир.
• 24 саатлик туз кислотасы ишлеми, 2 ве 12 саатлик ишлемлере ылайык XRD’де дагы аз Mg ичерен йан фаза быракмыштыр.
• Саккароз көкенли карбон, кремний парчажыклары чевресинде аморф ве кусурлу бир каплама олуштурмуштур.
• Номинал Si:C = 2:1 катышы, абдан калын карбон табакасы менен йетерсиз капсүллеме арасындаки ен денгели морфоложийи сагламыштыр.
• Si@C-2, изилденген дөрт композит арасында баштапкы Кулон натыйжалуулугу, ылдамдык перформансы, төмөн токко дөнүш ве 100 цикл сыйымдуулуктун сакталуусу бакымындан ен денгели натыйжалары вермиштир.
• Si@C-2’де енержи деполама давранышы йалнызжа дифүзйона дегил, скандоо ылдамдыгы арттыкча бүйүйен псевдосыйымдуулук салымйа да дайанмактадыр.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• Сонучлар коммерциялык бир литий-ион толук клетканин перформансыны гөстермемектедир; каршы электрод катары литйум метал колдонулган CR2032 жарым клеткалер сыноо едилмиштир.
• Йаклашык 1 мг·cm⁻² йүклемеде алынан натыйжалар дагы йүксек электрод йүклеринде ошол эле перформансын корунажагыны далилдебейт.
• 100 циклдик өлчөө узак мөөнөттүүли коммерциялык кулланым өмрү вейа коопсуздук каныты дегилдир.
• Изилдөөдө термалдык качуу, меканик хасар, газ олушуму вейа дигер коопсуздук сыноолору түзүмлмамыштыр.
• Тек бир ишлетмеден алынан шлак үлгүси, ар түрдүү ширетүүлардан гелен бүтүн көмүр газлаштырма артыкларынын уйгун олдугуну гөстермемектедир.
• Лаборатувар өлчегиндеки башарылы дөнүшүм, ишлемин пилот вейа өнөр жайлык масштабте економик ве чевресел катары үстүн олдугуну далилдебейт.
• Хидрофлорик асит, туз кислотасы, магний ве жогорку температуралы фырын ишлемлеринин топлам чевресел еткиси маанилендирилмемиштир.
• “Малийет тасарруфу” потансийели мененри сүрүлсе де материал маалыматми, енержи түкетими, химиялык гери казанымы, агынды суу арытымы ве бирим үрүн нарки хесапланмамыштыр.

Изилдөөнүн күчтүү йөнлери ве чектелгенлыклары нелердир?

Изилдөөнүн күчтүү йөнү, калдык өнжүлүн айрыштырылмасындан кристал кремнийа, карбон каптоодан электрод өндүрүшине ве абданлу электрохимиялык анализе катар бүтүнлешик бир тажрыйба акышы курмасыдыр. SEM, TEM, HRTEM, EDX, XRD, FTIR, Raman, XPS, азот адсорпсийону, ылдамдык сыноои, цикл сыноои, EIS, GITT ве CV натыйжаларынын бирликте кулланылмасы; морфоложи, химиялык түзүм ве электрохимиялык давраныш арасында шилтеме курулмасына оланак вермектедир.

Башлыжа чектелгенлыклар болсо текрар сайжылуулукнын, стантарт сапмаларын ве хата чубукларынын маалыматлмемеси; истатистиксел анламлылык анализинин булунмамасы; герчек карбон катышынын өлчүлмемеси; калыбына келтирүү ве сафлаштырма маалыматмлеринин ачыкланмамасы; GITT ве EIS хесап айрынтыларынын ексик олмасы; цикл кийинсы парчажык сынуусы ве СЕЫ түзүмүнын сүрөтленмемеси; йалнызжа тек шлак кайнагынын инжеленмеси ве сыноолорун лаборатория типи жарым клеткалерле чектелген калмасыдыр. Ошондой эле формула 2, O 1s пик атамасы, жооптуу автор ишаретлери ве мекеме билгмененри гиби текст ичи тутарсызлыклар, препринтин билимсел ве едиторйал дүзелтмейе ихтийач дуйдугуну көрсөтөт.

Гечмиш, бугүн ве гележек ачжылуулукндан маании

Гечмиште көмүр газлаштырма шлагындагы силис чогунлукла дүшүк вейа орта катма маанили минерал үрүнлере дөнүштүрүлүркен бул изилдөө, ошол эле кайнагы электрохимиялык енержи деполама материалсине ташыйан бир йаклашым сунмактадыр. Бугүнкү салымы, шлак көкенли СиО₂’нин калыбына келтирилиши, мезокөзөнөктүү кремний олуштурулмасы ве карбон каптоо катышынын айарланмасы арасындаки илишкийи эксперименттик катары ортайа коймасыдыр.

Гележектеки изилдөөларын ар түрдүү шлак ширетүүларыны, дагы йүксек актиф мадде йүклерини, коммерциялык катотларла толук клеткалери, дагы узун циклдери ве герчек өндүрүш шарттарыны капсамасы герекмектедир. Сүрежин колдонууга мүмкүнлиги үчүн масса денгеси, кремний гери казаным маалыматми, магний ве асит гери дөнүшүмү, енержи түкетими, агынды суу йөнетими, жашоо цикли баалооси ве техно-экономикалык анализ түзүмлмалыдыр. Бу догруламалар герчеклештирилмеден ыкма, коммерциялык батарея өндүрүшине хазыр бир убакытч катары маанилендирмененмез.

Изилдөөнүн Йөнтеми ве Булгулары

Хаммадде ве сентез протоколү

Малземе карактеризасйону

• Морфоложи: Phenom Pro масаүстү тарамалы електрон микроскобу.
• Йүксек чөзүнүрлүклү сүрөтлеме: JEOL JEM-2100F HRTEM.
• Raman: Ренисхаw ЫнВиа Рефлеx, 532 nm уйарым далга бойу.
• XRD: Bruker D8 Адванже, Cu Кα ышынымы, 5°·dakika⁻¹ скандоо ылдамдыгы.
• XPS: Thermo Scientific K-Alpha.
• Азот адсорпсийону: Micromeritics ASAP 2460; BET йүзей аланы ве BJH гөзенек дагылымы.
• Изилдөөдө FTIR жихазынын модели белиртилмемиштир.

Електрот хазырлама ве хүжре курулуму

Актиф мадде, Super-P/Ketjen блажк мененткен салым ве содйум карбоксиметил селүлоз баглайыжы 7:2:1 масса катышында карыштырылмыштыр. Карышым гезегенсел билйалы дегирменде өгүтүлмүш, деийонизе суйла буламач хâлине гетирилмиш ве ултрасоник катары хоможенлештирилмиштир. Буламач доктор бычагыйла жез фолйо үзерине капланмыш; актиф мадде йүклемеси болжол менен 1 мг·cm⁻² катары айарланмыштыр. Електротлар 60 °C’де вакум астында 12 саат курутулмуштур.

CR2032 дүгме хүжрелер, Х₂O ве O₂ дүзейи 0,1 ppm’нин астында тутулан аргон долгулу елдивенли кутуда курулмуштур. Хазырланан электрод изилдөө електроду, литйум метал каршы электрод, Celgard 2500 айырыжы ве көлөмже 1:1:1 EC/DMC/EMC үчүнде 1 М ЛиПФ₆ електролит колдонулган. Хүжрелер сыкыштырылдыктан кийин електролитин нүфуз етмеси ве ачык девре герилиминин туруктуу хâле гелмеси үчүн бөлмө температурасында 10 саат беклетилмиштир.

Електрохимиялык өлчөө шарттары

Ана түзүмдүк ве электрохимиялык табылгалар

Текрарланабилирлик ве методологиялык ексиклер

Изилдөөдө багымсыз хүжре сайжылуулук, тажрыйба текрарлары, орточо маанилер, стантарт сапмалар вейа истатистиксел сыноолер белиртилмемиштир. Електрот чапы, каплама калынлыгы, актиф материал башына електролит өлчөмы, GITT тарбе ве динленме убакытлери, EIS фреканс аралыгы ве эквиваленттүү чынжыр параметрелери ексиктир. Жүруфтан СиО₂ ве кремний өндүрүш маалыматмлери, акыркы карбон катышы, электрод йогунлугу ве цикл кийинсындаки морфоложик дегишимлер де рапорланмамыштыр. Бу ексикликлер, ыкмасын башка бир лабораторияда там катары йениден уйгуланмасыны ве өнөр жайлык өлчеге актарымыны сынырландырмактадыр.

Булак жана метод эскертүүсү

Изилдөөнүн там өзгүн ады: Фром Ындустриал Wасте то Енергй Стораге: Si@C Жоре-Схелл Анодес Деривед фром Жоал Гасифижатион Фине Слаг фор Литхиум-Ыон Баттериес

Йазарлар ве сыралары: Жхунxиа Хуа, Ронгзхенг Ли, Йифан Зхао, Йуйинг Тонг, Жинханг Ли, Xиаоqин Wанг, Схасха Танг, Сханxин Xионг.

Еш биринжи автор: Еш салым вейа еш биринжи авторлык билгиси текстде йер алмамактадыр.

Сорумлу автор: Айрынтылы “Жорреспондинг Аутхорс” бөлүмүнде йалнызжа Сханxин Xионг белиртилмиш ве xiongsx@xust.edu.cn е-поста адреси маалыматлмиштир. Башлык сайфасында Жинханг Ли’нин адынын йанында да йылдыз булунмасына рагмен бу йылдыз ачыкланмамыш ве Жинханг Ли жооптуу автор бөлүмүнде гөстерилмемиштир. Бу неденле Жинханг Ли’нин жооптуу авторлык дуруму текст аркылуу кесин катары догруланамамыштыр.

Курумлар: Жхунxиа Хуа, Ронгзхенг Ли, Йифан Зхао, Йуйинг Тонг, Жинханг Ли, Xиаоqин Wанг ве Сханxин Xионг үчүн Жоллеге оф Жхемистрй анд Жхемижал Енгинееринг, Xи’ан Университй оф Сжиенже анд Тежхнологй, Xи’ан 710054, П. Р. Жхина; Схасха Танг үчүн Схандонг Ынституте оф Нонметаллиж Материалс, Жинан 250031, П. Р. Жхина белгиленген. Башлык сайфасындаки тек мекеме гөстеримийле айрынтылы автор билгмененри арасында ар түрдүүлык булунмактадыр.

DOI: 10.2139/ssrn.7196252. Бу DOI, SSRN препринт кайдына аиттир; хакемли журнал макалеси DOI’си дегилдир.

Дерги вейа конференция: Догруланмыш бир хакемли журнал вейа конференция жарыялооы булунмамактадыр.

Йайын платформау: SSRN.

Өзгүн басмакана: Изилдөөнүн догруланмыш бир өзгүн басмакана булунмамактадыр. SSRN бир препринт платформаудур ве басмакана катары маанилендирилмемелидир. Платформ Елсевиер Ынж. алттүзүмүнда фаалийет көрсөтөт.

Йайын йылы: SSRN кайыт йылы 2026’дыр. ПДФ үчүнде ошондой эле кесин бир йазым, кабул вейа хакемли жарыялоо тарихи маалыматлмемектедир.

Ширетүү түрү: Денейсел материал билими ве електрокимйа изилдөө препринти.

Хакемлик дуруму: Бул изилдөө бир препринттир ве рецензиядан өткөн эмес. Метнин хер сайфасында “Тхис препринт ресеаржх папер хас нот беен пеер ревиеwед” уйаржылуулук булунмактадыр.

Ресмî ширетүү шилтемелары:SSRN расмий кайыт сайфасы ве DOI шилтемесы.

Дестеклейижи билги дуруму: Метинде дестеклейижи билги шилтемесы “https://pubs. XXX” бичиминде тамамланмамыш бир йер тутужу катары быракылмыштыр. Бу шилтеме кулланылабилир бир расмий ек маалымат кайнагы дегилдир.

Бу Түркче макале, йүкленен 41 сайфалык изилдөөнүн метни, тажрыйба ыкмасы, формулалери, сүрөтлери, график ве спектрлары инжеленерек даярдалган. Изилдөөдө булунмайан йени бир тажрыйба сонужу вейа дыш ширетүүтан алынмыш билимсел табылга екленмемиштир. Дыш догрулама йалнызжа DOI, SSRN кайды, платформа ве жарыялоо дуруму гиби библийографик билгмененр үчүн колдонулган.

Изилдөөнүн негизги чектелгенлыклары; хакем баалоосинден гечмемиш олмасы, тек бир шлак кайнагы кулланылмасы, текрар ве истатистик билгмененринин маалыматлмемеси, тажрыйбаларин дүшүк йүклемели литйум метал жарым клеткалерле чектелген калмасы, йалнызжа 100 цикл түзүмлмасы, толук клетка ве пилоттук масштаб догруламасынын булунмамасы, герчек карбон өлчөмы менен үрүн маалыматминин өлчүлмемеси ве чевресел йа да техно-экономикалык анализ сунулмамасыдыр. Формүл 2, O 1s пик атамасы, жооптуу автор ишаретлери, мекеме билгмененри ве дестеклейижи билги шилтемесындаки тутарсызлыклар да акыркы йайымдан мурун дүзелтилмеси герекен нокталар арасындадыр.

Бул изилдөө хакем баалоосинден гечмемиш бир препринттир; натыйжалары бу чектелгенлык диккате алынарак окунмалыдыр. Булгулар лаборатория өлчегиндеки материал сентези ве CR2032 жарым клетка сыноолору үчүн гечерлидир. Изилдөө өнөр жайлык масштаб башаржылуулук, коммерциялык нарк авантажы, узак мөөнөттүү коопсуздук вейа герчек батарея пакетлеринде перформанс каныты сунмамактадыр.