Литий-күкүрт батареялар, күкүрдүн теорик оларак 1675 мАх г⁻¹ өздүк сыйымдуулук ве батарея системи ичкиин 2567 Wх кг⁻¹ теорик энергия тыгыздыгы сунмасы неденийле йени несил энергия деполама текноложмененри арасында дегерлендирилмектедир. Буна каршы заряд ве разряд сырасында олушан чөзүнүр литйум полисульфидлерин сепаратордан гечмеси, актиф күкүрт кайбына ве хызлы сыйымдуулук азалмасына йол ачабилмектедир.

Бу изилдөөда изилдөөчүлөр, мененткен Ti₃Ж₂Т_x MXene табакаларынын йүзейинде чинко сүлфүр, ZnS, нанобөлүкчөлары бүйүтмүш ве елде едмененн композити литий-күкүрт ячейкасинин полипропмененн сепараторсына уйгуламыштыр. ZnS нанобөлүкчөлары хем MXene табакаларынын йениден үст үсте йыгылмасыны өнлейен физиксел ара парчалар хем де полисульфидлери кимйасал оларак йакалайып дөнүшүмлерини хызландыран каталитик меркезлер оларак тасарланмыштыр.

ZnS/Ti₃Ж₂Т_x композитинин өздүк йүзей аланы 105,9 м² г⁻¹ оларак өлчүлмүш; ишленмемиш Ti₃Ж₂Т_x ичкиин бу дегер 12,1 м² г⁻¹ олмуштур. Йаклашык 8,8 катлык артыш, ZnS нанобөлүкчөлары ве дондурарак курутма ишлеминин MXene табакаларынын йогун бичкиимде йыгылмасыны азалттыгыны гөстермектедир.

Електрокимйасал тажрыйбалерде ZnS/Ti₃Ж₂Т_x, чөзүнүр полисульфидлерин каты Li₂С’йе дөнүшмесини ве Li₂С’нин текрар окситленмесини саф MXene’е гөре хызландырмыштыр. Li₂С чөкелме сыйымдуулукси 521,7’ден 605,4 мАх г⁻¹’е, чөзүнме сыйымдуулукси исе 489,5’тен 591,9 мАх г⁻¹’е йүкселмиштир. Илгили индиргенме тепкимесинин Tafel егими 66,2’ден 42,8 мВ деж⁻¹’е дүшмүштүр.

ZnS/Ti₃Ж₂Т_x каплы сепаратор кулланылан ячейка, 0,1 Ж’де баштапкыта 1328,8 мАх г⁻¹ сыйымдуулук үретмиш ве 200 чеврим сонунда бунун %80,1’ини корумуштур. Ячейка, 1 Ж’де 1000 чеврим бойунжа чалыштырылдыгында чеврим башына %0,048 сыйымдуулук кайбы гөстермиштир. 5 мг жм⁻² гиби даха жогорку бир күкүрт йүкүнде исе 50 чеврим сонунда сыйымдуулук корума ораны %96,4 оларак билдирилген.

Жыйынтыклар умут верижи олмакла бирликте изилдөө хакем дегерлендирмесинден гечмемиштир. Йүкленен метинде айрынтылы тажрыйбасел ыкма бөлүмү, ячейка монтаж речетеси, електролит/күкүрт ораны, сепаратор каплама йүкү, көз карандысыз ячейка текрар сайылары, хата чубуклары ве истатистиксел белирсизликлер жок. Ошондуктан жыйынтыклар мененри бир малземе тасарымы гөстергеси оларак дегерлендирилмели; тижари батарея перформансы же узун дөнем гүвенилирлик каныты оларак гөрүлмемелидир.

Литий-күкүрт батареяларын темел соруну эмне?

Литий-күкүрт ячейкалеринде күкүрт тек ашамада Li₂С’йе дөнүшмез. Дезаряд сырасында өнже узун зинжирли, чөзүнүр литйум полисульфидлер олушур:

\[ \mathrm{Li_2S_n,\quad 4\leq n\leq8} \]

Бу ара үрүнлер електролитте чөзүнерек позитиф електроттан литйум метал негатиф електрода догру харекет едебилир. Негатиф електротта индиргенен полисульфидлер даха сонра йениден позитиф електрода ташынабилир. “Полисүлфүр мекик еткиси” оларак адландырылан бу сүреч:

• Актиф күкүрдүн кулланылабилир бөлгеден узаклашмасына,
• Истенмейен йан тепкимелере,
• Liтйум йүзейинде бирикинтмененре,
• Дүшүк Жоуломб веримине,
• Хызлы сыйымдуулук кайбына

неден олабилир.

Проблемин икинжи бойуту, чок басамаклы күкүрт индиргенмеси ве Li₂С оксидасйонунун йаваш герчеклешмесидир. Полисүлфүрлер йетеринже хызлы дөнүштүрүлемедигинде електролитте даха узун сүре калыр ве сепаратордан гечме оласылыклары артар. Ошондуктан изилдөөчүлөр гана полисульфидлери тутан дегил, онлары хызла сонраки үрүне дөнүштүрен бир сепаратор йүзейи гелиштирмейе чалышмыштыр.

Айырыжы неден ишлевсел бир йүзейе дөнүштүрүлмүштүр?

Айырыжы, позитиф ве негатиф електротун физиксел оларак темас етмесини өнлеркен литий-ионларынын гечишине изин верир. Геленексел полипропмененн сепараторлар чөзүнүр полисульфидлери кубатлү бичкиимде адсорбе етмез ве бу түрлерин ячейка ичкиинде харекетини кимйасал оларак контрол едемез.

Айырыжынын катода бакан йүзейине ишлевсел бир табака екленмеси үч гөрев саглайабилир:

1. Полисүлфүрлер ичкиин физиксел бир гечиш енгели олуштурмак,
2. Полар йүзейлер аражылыгыйла полисульфидлери кимйасал оларак багламак,
3. Багланан ара үрүнлери Li₂С’йе же йениден күкүрде дөнүштүрен каталитик бир ара йүзей сагламак.

Бу йаклашым, күкүрт катодунун ана бмененшимини тамамен дегиштирмеден ячейка ичкииндеки реаксийон бөлгесини дүзенлейебилмеси неденийле тержих едилмиштир.

MXene неден сечилмиштир?

Ti₃Ж₂Т_x, ики бойутлу гечиш метали карбүрлеринден олушан MXene амененсинин бир үйесидир. Изилдөөда бу малземенин дөрт өзеллигинден йарарланылмыштыр:

• Йүксек електроник мененткенлик,
• Полар йүзей сонландырмалары ве титанйум меркезлери,
• Литий-ионларынын харекетине уйгун табакалы йапы,
• Еснек ве меканик оларак дайаныклы наносхеет искелети.

Илеткен Ti–Ж йапысы, електриксел оларак йалыткан күкүрт ве Li₂С үрүнлеринин електронлара еришмесини колайлаштырабилир. Йүзейдеки Ti меркезлери ве оксижен йа да флор ичкиерен ишлевсел груплар исе полар полисульфидлерле еткмененшебилир.

MXene табакаларынын йениден йыгылмасы неден сорун олуштурур?

MXene наносхеетлери арасындаки ван дер Wаалс кувветлери табакаларын йүз йүзе гелерек сыкы бичкиимде йыгылмасына неден олабилир. Геленексел курутма сырасында олушан кылжал кувветлер бу йыгылмайы даха да артырабилир.

Табакалар сыкыштыгында:

• Өзгүл йүзей аланы азалыр,
• Актиф титанйум ве йүзей груплары еришмененмез хâле гелир,
• Електролит гириш каналлары капаныр,
• Литий-иону ташынымы зорлашыр,
• Полисүлфүр адсорпсийону ве каталитик дөнүшүм сынырланыр.

Карбон нанотүп же графен оксит гиби карбон есаслы ара парчалар MXene табакаларыны айырабилсе де бу мадделерин полар полисульфидлерле еткмененшими гөреже зайыфтыр. Изилдөөчүлөр бу неденле гана табакалары бирбиринден айырмайан, ошол эле заманда кимйасал адсорпсийон ве катализ саглайан полар ZnS нанобөлүкчөларыны кулланмыштыр.

ZnS нанобөлүкчөларынын чифт ишлеви эмне?

ZnS нанобөлүкчөлары изилдөөда “чифт ишлевли ара парчалар” оларак танымланмыштыр:

• Йапысал ишлев: MXene табакалары арасына гиререк түздөн-түз йүз йүзе темасы ве йениден йыгылмайы азалтыр.
• Кимйасал ве каталитик ишлев: Полар Зн ве С меркезлерийле литйум полисульфидлери адсорбе едер ве чок басамаклы күкүрт дөнүшүмүнү хызландырыр.

Ti₃Ж₂Т_x мененткен електрон йолу сагларкен ZnS даха фазла кимйасал багланма меркези сунмактадыр. Ошондуктан композитин перформансы гана ZnS’нин же гана MXene’ин өзеллигине дегил, ики бмененшенин бирликте олуштурдугу ара йүзейе багланмактадыр.

Композит кантип хазырланмыштыр?

Изилдөөнын 21. сайфасындаки Шекил 1, сентез сүрежини шематик оларак гөстермектедир. Ti₃АлЖ₂ MAX фазындаки алүминйум табакалары HCl/LiФ системийле сечижи оларак узаклаштырылмыш ве Ti₃Ж₂Т_x елде едилмиштир. Шемада 1 грам Ti₃АлЖ₂, 20 мЛ HCl ве 1,56 грам LiФ менен 38 °Ж’де 48 саатлик ишлем гөстерилмектедир.

Даха сонра чинко ичкиерен өнжү ве күкүрт кайнагы кулланыларак Ti₃Ж₂Т_x йүзейинде хидротермал ыкмале ZnS бүйүтүлмүштүр. Шемада хидротермал ишлем 60 °Ж ве 4 саат оларак гөстерилмиштир. Үрүн дондурарак курутулмуш ве ишлевсел сепаратор табакасы хазырланмыштыр.

Муну менен бирге сентез өнжүлеринин там миктарлары, йыкама кошуллары, сон ZnS/MXene ораны, дондурарак курутма сыжаклыгы ве сүреси, каплама карышымынын бмененшими, сепаратор үзериндеки малземе йүкү ве каплама калынлыгы метинде ексиксиз оларак верилмемиштир.

XРД анализи ханги йапылары догруламыштыр?

Ti₃Ж₂Т_x ичкиин болжол менен 5,8°’де гөрүлен (002) кырыным тепеси, MAX фазындаки алүминйумун узаклаштырылмасы сонрасында табакалы MXene йапысынын олуштугу бичкииминде йорумланмыштыр.

ZnS бүйүтүлдүктен сонра:

• Йаклашык 29,8°’де ZnS (111),
• 48,0°’де ZnS (220),
• 56,7°’де ZnS (311)

кырыным синйаллери ортайа чыкмыштыр. Ti₃Ж₂Т_x’ин (002) тепесинин корунмасы, хидротермал ишлем сырасында табакалы искелетин бүтүнүйле бозулмадыгыны гөстермектедир. Изилдөөда белиргин бир сафсызлык тепеси билдирилмемиштир.

Нанопарчажыкларын бойуту ве дагылымы кантипдыр?

SEM гөрүнтүлери, ZnS бүйүтүлмесинден сонра MXene’ин табакалы морфоложисинин корундугуну ве табакалар арасында үч бойутлу ачык бир аг олуштугуну гөстермектедир. TEM гөрүнтүлеринде ZnS нанобөлүкчөлары MXene йүзейинде чоң күмелер олуштурмадан дагытылмыштыр.

Парчажык бойуту дагылымынын орточосы болжол менен 72,29 нм’дир. Йалныз башына ошол эле хидротермал кошулларда хазырланан ZnS’нин белиргин бичкиимде күмелендиги, MXene йүзейинин исе ZnS бүйүмесини дагытан бир ташыйыжы ишлеви гөрдүгү билдирилген.

ХРTEM гөрүнтүсүндеки 0,31 нм кафес аралыгы, күбик ZnS’нин (111) кристал дүзлемийле илишкмененндирилмиштир. EDS хариталарында Ti, Зн ве С синйаллеринин ошол эле наносхеет аланына йайылмасы да ZnS’нин гана биркач чоң күмеде топланмадыгыны колдойт.

Йүзей аланы не кадар дегишмиштир?

Йүзей аланы болжол менен 8,75 кат артмыштыр. Гөзенек чапы гана сынырлы өлчүде дегиширкен бүтүн өлчөө аралыгындаки гөзенек хажми йүкселмиштир. Изилдөөчүлөр бу сонужу, ZnS нанобөлүкчөларынын MXene табакаларыны бирбиринден айырмасы ве дондурарак курутманын ачык йапыйы корумасыйла ачыкламактадыр.

Йүзей аланындаки артыш тек башына каталитик еткинлиги канытламаз; бирок даха фазла Зн, Ti ве йүзей грубунун електролитле темас едебилмеси ичкиин йапысал бир темел саглар.

Каплама сепаратор үзеринде карарлы бы?

Ек Шекил С4’те полипропмененн сепараторнын кесинтисиз сийах бир табакайла капландыгы ве гөзле гөрүлебмененн чыплак аланлар булунмадыгы белгиленген. Каплама, жымбызла текрарланан бүкме сонрасында белиргин сойулма же чатлама гөстермемиштир.

Електролит темас ачысы ZnS/Ti₃Ж₂Т_x каплы сепараторда 0,1 санийе ичкиинде 7,7°’йе дүшмүштүр. Күчүк темас ачысы, електролитин йүзейи хызлы бичкиимде ыслатабилдигини гөстермектедир. Бу өзеллик електролитин гөзенеклере гирмесини ве литий-ионларынын сепаратор/електрот ара йүзейинде ташынмасыны колайлаштырабилир.

Анжак сөз конусу бүкме гөрүнтүлери ве темас ачысы каршылаштырмасынын там гөрсел дизмененри С4–С6 ек шекиллеринде йер алмактадыр. Бу ек матерйаллер йүкленен изилдөө досйасында булунмадыгындан гөрселлер көз карандысыз оларак денетленемемиштир.

Li₂С чөкелмеси ве чөзүнмеси кантип дегишмиштир?

PITT тажрыйбалери, полисульфидлерин каты Li₂С’йе дөнүшмеси ве Li₂С’нин йениден чөзүнмеси ичкиин кулланылмыштыр.

Даха еркен чекирдекленме ве даха жогорку чөкелме сыйымдуулукси, чөзүнүр полисульфидлерден каты Li₂С олушумунун хызландыгыны гөстермектедир. Даха жогорку чөзүнме сыйымдуулукси исе заряд сырасында каты Li₂С’нин йениден окситленмесинин колайлаштыгыны дүшүндүрмектедир.

Бу ики йөнлү етки өнемлидир. Йалнызжа разряд реаксийонунун хызланмасы, олушан Li₂С’нин сонраки зарядда еткин бичкиимде гери дөнүштүрүлемемеси хâлинде йетерли олмайажактыр.

Tafel ве активасйон энергияси жыйынтыклары не гөстермиштир?

Изилдөөнын 22. сайфасындаки Шекил 2’де, узун зинжирли полисульфидлерин Li₂С’йе индиргенмесийле илишкили Б тепесинин Tafel егими:

• Ti₃Ж₂Т_x ичкиин 66,2 мВ деж⁻¹,
• ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ичкиин 42,8 мВ деж⁻¹

оларак берилген. Даха төмөн Tafel егими, ток тыгыздыгынун даха кичине бир ек чыңалууле артырылабилдигини ве ара йүзей реаксийон кинетигинин хызландыгыны гөстермектедир.

Активасйон энергияси каршылаштырмасында ZnS/Ti₃Ж₂Т_x композитинин:

• С₈ → полисульфид дөнүшүмүндеки энергия енгелини 57,1 кЖ мол⁻¹,
• Полисүлфүр → Li₂С дөнүшүмүндеки энергия енгелини 97,4 кЖ мол⁻¹

азалттыгы билдирилген. Бунлар композитин мутлак активасйон энергиялери дегил, Ti₃Ж₂Т_x каршылаштырмасына гөре рапорланан азалма миктарларыдыр.

Активасйон энергиясинин ханги температура сериси, уйум денклеми ве текрар сайысыйла хесапландыгы ана метинде айрынтылы оларак верилмемиштир.

Литий-иону ташынымы хызланмыш бы?

Фарклы тарама хызларында алынан CV егрмененри Randles–Sevcik йаклашымыйла бааланган. ZnS/Ti₃Ж₂Т_x каплы ячейка ичкиин хесапланан литий-иону дифүзйон катсайылары үч редокс тепеси бтокындан болжол менен:

• 3,3 × 10⁻⁸ жм² с⁻¹,
• 5,4 × 10⁻⁸ жм² с⁻¹,
• 13,2 × 10⁻⁸ жм² с⁻¹

оларак билдирилген. Егимлерин Ti₃Ж₂Т_x контролүнден даха жогорку олмасы, сепаратор/електрот ара йүзейиндеки ийон ташынымынын иймененштиги бичкииминде йорумланмыштыр.

Бу катсайыларын хесапланмасы ичкиин герекен еткин електрот аланы, актиф мадде деришими ве дигер уйум параметрелери йүкленен метинде ексиксиз оларак верилмемиштир.

Полисүлфүр адсорпсийону кантип гөстерилмиштир?

Ешит миктардаки Ti₃Ж₂Т_x ве ZnS/Ti₃Ж₂Т_x, 2 мЛ ве 5 ммол Л⁻¹ Li₂С₆ эритмесине екленмиштир. Беш саат сонра:

• Ишлем гөрмемиш Li₂С₆ эритмеси койу сары-турунжу калмыш,
• Ti₃Ж₂Т_x ичкиерен эритме кысмен ачылмыш,
• ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ичкиерен эритме нередейсе ренксиз хâле гелмиштир.

Изилдөөнын 23. сайфасындаки Шекил 3’те бу гөрсел дегишим ачык бичкиимде гөрүлмектедир. УВ–вис спектруму да ZnS/Ti₃Ж₂Т_x үст сывысындаки полисульфид абсорбансынын ен төмөн олдугуну гөстермиштир.

Ренк кайбы полисульфидлерин эритмеден узаклаштырылдыгыны колдойт; бирок тек башына кимйасал багланма менен физиксел адсорпсийону айырамаз. Бу айрым XPS өлчөөлерийле изилденген.

XPS жыйынтыклары ханги кимйасал еткмененшимлери гөстермиштир?

Li₂С₆ адсорпсийонундан сонра Зн 2п синйаллери даха төмөн багланма энергиялерине каймыштыр:

Бу кайма, Зн меркезлеринин полисульфидлерле еткмененширкен електрон тыгыздыгы казандыгы бичкииминде йорумланмыштыр. ZnS’йе аит С–Зн синйаллеринин болжол менен 0,5 еВ даха жогорку энергияйе каймасы да ара йүзейде йүк йениден дагылымыны колдойт.

Адсорпсийон сонрасында 167,9 ве 169,3 еВ’де ортайа чыкан йени С–О синйаллери тийосүлфат түрлерийле илишкмененндирилмиштир. Изилдөөчүлөр буну полисульфидлерин гана гөзенеклерде физиксел оларак тутулмадыгы, йүзейде кимйасал дөнүшүм гечирдиги шеклинде йорумламыштыр.

Ti 2п анализинде Ti²⁺ ораны йүкселмиш, Ti³⁺ ораны азалмыш ве Ti–О түрлери артмыштыр. Бу дегишикликлер, полисульфидлерин ZnS менен бирликте Ti меркезлерийле де електроник еткмененшим курдугуну гөстермектедир.

Илеткен MXene искелети адсорпсийон сырасында корунмуш бу?

Ж 1с спектрумларында Ti–Ж ве Ж–Ж/Ж=Ж синйаллеринин чоң өлчүде корунмасы, полисульфид адсорпсийонунун мененткен Ti–Ж искелетини парчаламадыгыны гөстермектедир. Йалнызжа даха зайыф окситленмиш карбон групларында сынырлы дегишиклик билдирилген.

Бу жыйынтык, композитин ики гөреви ошол эле анда сүрдүребилмеси ачысындан өнемлидир:

• Зн ве Ti меркезлеринде кимйасал полисульфид багланмасы,
• Ti–Ж искелети үзеринден електрон ташынымы.

Ячейканин омик диренжи ми азалмыштыр?

EIS Нйqуист графиклеринде ики ячейканин омик диренчлери де болжол менен 1,57 Ω’дур. Ошондуктан ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ячейкасиндеки перформанс артышы гана бүтүн ячейканин електроник диренжинин дүшмесийле ачыкланамамактадыр.

Изилдөө, фаркын даха чок шу сүречлерден булакландыгыны савунмактадыр:

• Даха хызлы ара йүзей електрон трансфери,
• Даха төмөн активасйон поларизасйону,
• Даха төмөн деришим поларизасйону,
• Даха хызлы Li⁺ ве полисульфид ташынымы,
• Li₂С чекирдекленмеси ве оксидасйонунун колайлашмасы.

Симетрик ячейка Tafel анализинде дегишим ток тыгыздыгы ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ичкиин 9,72 мА жм⁻², Ti₃Ж₂Т_x ичкиин болжол менен 3,3 мА жм⁻² оларак гөстерилмиштир.

Полисүлфүр мекик токы азалмыш бы?

Изилдөөнын 24. сайфасындаки Шекил 4х, ZnS/Ti₃Ж₂Т_x кулланылан ячейканин карарлы мекик токынын Ti₃Ж₂Т_x контролүнден белиргин бичкиимде даха төмөн олдугуну гөстермектедир.

Дүшүк мекик токы, сербест полисульфидлерин сепаратордан каршы електрода ташынмасынын сынырландыгына илишкин түздөн-түз бир електрокимйасал гөстергедир. Изилдөөчүлөр буну Зн–С ве Ti–С еткмененшимлеринин полисульфидлери ара йүзейде тутмасына багламактадыр.

Йеринде Raman анализи не гөстермиштир?

Изилдөөнын 25. сайфасындаки заман чөзүнүрлүклү Raman хариталары, разряд сырасында ар башка полисульфид түрлеринин гелишимини гөстермектедир.

ZnS/Ti₃Ж₂Т_x каплы сепараторда:

• С₈²⁻ синйали хызла азалмыш,
• С₆²⁻ ве С₄²⁻ ара үрүнлери кыса сүрели гөрүлмүш,
• Ара үрүнлер даха хызлы түкетмененрек Li₂С₂/Li₂С үрүнлерине дөнүшмүштүр.

Ti₃Ж₂Т_x контролүнде ошол эле полисульфид синйаллери даха узун сүре девам етмиштир. Бу каршылаштырма, ZnS ичкиерен композитин чөзүнүр ара үрүнлерин електролитте калма сүресини кысалттыгыны колдойт.

Хыз перформансы кантипдыр?

Акым ораны йүкселтилдигинде ZnS/Ti₃Ж₂Т_x кулланылан ячейканин сыйымдуулукси Ti₃Ж₂Т_x контролүне гөре даха йаваш азалмыштыр. Акым йениден 0,1 Ж’йе гетирилдигинде сыйымдуулукнин баштапкы дүзейине йакын бичкиимде гери дөндүгү билдирилген.

ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ячейкасинин 9 Ж гиби жогорку бир оранда дахи ики карактеристик разряд платосуну корудугу, Ti₃Ж₂Т_x ячейкасинде исе 5 Ж’де платоларын белиргинлигинин зайыфладыгы гөрүлмектедир.

Бу жыйынтык, композитин жогорку ток алтында күкүрт дөнүшүм басамакларыны тамамен кайбетмеден сүрдүребилдигини гөстермектедир. Муну менен бирге жогорку оран тажрыйбалери кыса сүрели хыз тести нителигиндедир ве узун сүрели 9 Ж чеврим дайанымы гөстерилмемиштир.

200 чевримлик перформанс не гөстермиштир?

ZnS ичкиерен сепараторнын даха узун алт разряд платосу үретмеси, узун зинжирли полисульфидлерин Li₂С₂/Li₂С’йе даха дерин дөнүштүгүнү гөстермектедир. Алт ве үст плато сыйымдуулукси ораны ZnS композитинде 2,97, Ti₃Ж₂Т_x контролүнде 2,87’дир.

Йүксек күкүрт йүкүнде жыйынтыклар кантипдыр?

Күкүрт йүкү 5 мг жм⁻² дүзейине чыкарылдыгында ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ячейкаси:

• 0,1 Ж’де 782,7 мАх г⁻¹ баштапкы сыйымдуулукси,
• 50 чеврим сонунда %96,4 сыйымдуулук корума

гөстермиштир. Ti₃Ж₂Т_x контролүнүн сыйымдуулук корумасы %79,7’дир.

Йүксек күкүрт йүкү даха фазла полисульфид олушуму, даха жогорку електролит вискозитеси ве даха узун ийон ташыным йоллары неденийле зорлу бир кошулдур. Буна каршы 5 мг жм⁻² хенүз тек башына пратик ячейка кошулларыны канытламаз; електролит/күкүрт ораны ве литйум фазлалыгы гиби дигер параметрелер де дегерлендирилмелидир. Бу дегерлер йүкленен метинде верилмемиштир.

1000 чевримлик тажрыйба не гөстермиштир?

1 Ж’де йапылан узун сүрели тажрыйбаде чеврим башына сыйымдуулук азалма ораны:

• ZnS/Ti₃Ж₂Т_x ичкиин %0,048,
• Ti₃Ж₂Т_x ичкиин %0,083

оларак билдирилген. Изилдөөнын 26. сайфасындаки Шекил 6г, ZnS ичкиерен ячейканин 1000 чеврим бойунжа даха жогорку сыйымдуулукйи корудугуну гөстермектедир.

Шекил 6’нын ачыклама метнинде алт графиклерин оранлары терс йазылмыштыр: ачыкламада 6ж ичкиин 1 Ж, 6г ичкиин 0,1 Ж денмесине рагмен графиклерин үзериндеки етикетлер ве ана метин, 6ж’нин 0,1 Ж’де 200 чеврими; 6г’нин исе 1 Ж’де 1000 чеврими темсил еттигини гөстермектедир. Бу макаледе график етикетлери, ана метин ве өзетле уйумлу олан йорум есас алынмыштыр.

Изилдөөнын дестекледиги жыйынтыклар нелердир?

• ZnS нанобөлүкчөлары MXene наносхеетлеринин йениден йыгылмасыны өнемли өлчүде азалтмыштыр.
• Композитин еришмененбилир өздүк йүзей аланы болжол менен 8,8 кат йүкселмиштир.
• Зн ве Ti меркезлери чөзүнүр литйум полисульфидлерле кимйасал еткмененшим курмуштур.
• Li₂С чөкелмеси ве йениден оксидасйону саф MXene контролүнден даха хызлы герчеклешмиштир.
• Активасйон ве деришим поларизасйонлары азалмыштыр.
• Полисүлфүр мекик токы дүшмүштүр.
• Инжеленен лаборатувар ячейкалеринде хыз ве чеврим перформансы иймененшмиштир.
• 5 мг жм⁻² күкүрт йүкүнде кыса дөнемли сыйымдуулук корумасы жогорку булунмуштур.

Изилдөө нейи далилдебейт?

• ZnS/Ti₃Ж₂Т_x сепараторнын тижари өлчекте үретмененбилдигини далилдебейт.
• 1000 чеврим сонужунун бүтүн ячейкалерде ошол эле шекилде текрарланажагыны көрсөтпөйт.
• Композитин кесе, призматик же чок катмарлы чоң ячейкалерде ошол эле сонужу вережегини далилдебейт.
• Liтйум метал негатиф електрот коопсузгини ве дендрит олушумуну чөзмемектедир.
• Айырыжы капламасынын узун сүрели меканик дайанымыны стандарт тестлерле догруламамактадыр.
• Електролит миктары азалтылдыгында ошол эле перформансын корунажагыны көрсөтпөйт.
• Там ячейка гравиметрик же хажимсел энергия тыгыздыгыну хесапламамактадыр.
• ZnS ве MXene үретиминин малийетини, чевресел еткисини же сери үретим веримини инжелемемектедир.
• Изилдөөнын жыйынтыклары хакем дегерлендирмесийле догруланмыш дегилдир.

Түркия’деки батарея изилдөөлары ачысындан не ифаде етмектедир?

Араштырма белирли бир үлке же бөлгейе өзгү дегилдир. Литий-күкүрт батареяларда каршылашылан полисульфид мекик еткиси ве йаваш күкүрт дөнүшүмү генел малземе билими сорунларыдыр.

Түркия’де бензер бир йаклашымын дегерлендирилмеси ичкиин:

• MXene ве ZnS үретиминин йерел өлчекленебилирлигинин араштырылмасы,
• Капламанын руло-руло сепаратор үретимине уйарланмасы,
• Каплама калынлыгы ве күтлесинин энергия тыгыздыгына еткисинин хесапланмасы,
• Дүшүк електролит/күкүрт оранларында тест йапылмасы,
• Даха жогорку алан сыйымдуулуклеринин сынанмасы,
• Чок сайыда көз карандысыз ячейкайле истатистиксел догрулама,
• Кесе типи ячейкалерде коопсузк ве шишме тестлери,
• Liтйум метал йүзейиндеки йан тепкимелерин инжеленмеси,
• Малземе гери казанымы ве йашам дөнгүсү дегерлендирмеси

гереклидир. Изилдөөдаки лаборатувар дегерлери бу ек ашамалар тамамланмадан түздөн-түз тижари батарея перформансы оларак йорумланмамалыдыр.

Изилдөөнын Ыкмаи ве Жыйынтыктары

Малземе үретиминин текник өзети

Малземе карактеризасйону

Електрокимйасал ыкмалер

Ана перформанс жыйынтыклары

Изилдөөнын кубатлү йөнлери

• Малземе тасарымы, йапысал карактеризасйон ве там ячейка тажрыйбалери ошол эле изилдөөда бирлештирилмиштир.
• ZnS’нин гана катализөр дегил, йапысал ара парча гөреви де изилденген.
• Полисүлфүр адсорпсийону гөрсел тажрыйба, УВ–вис ве XPS менен бирликте бааланган.
• Индиргенме ве йүкселтгенме йөнлери PITT менен айры айры сынанмыштыр.
• Активасйон ве деришим поларизасйонлары айрыштырылмыштыр.
• Йеринде Raman анализийле ара үрүнлерин дөнүшүмү заман ичкиинде изленмиштир.
• Хыз перформансы, 200 чеврим, жогорку күкүрт йүкү ве 1000 чеврим гиби ар башка кулланым кошуллары бааланган.
• Изилдөөда финансман ве чыкар чатышмасы бейанлары булунмактадыр.

Изилдөөнын темел сынырлылыклары

• Изилдөө хакем дегерлендирмесинден гечмемиштир.
• Йүкленен метинде айры ве айрынтылы бир тажрыйбасел ыкма бөлүмү жок.
• Атыф йапылан С1–С14 ек шекиллери йүкленен изилдөө досйасына дâхил дегилдир.
• ZnS өнжүлеринин миктарлары ве композиттеки кесин ZnS ораны ексиктир.
• Айырыжы каплама калынлыгы ве бирим алан башына күтлеси билдирилмемиштир.
• Күкүрт катодунун бмененшими ве баглайыжы оранлары верилмемиштир.
• Електролит бмененшими ве електролит/күкүрт ораны ачыкланмамыштыр.
• Liтйум фолйо калынлыгы ве негатиф/позитиф сыйымдуулук ораны верилмемиштир.
• Ячейка типи ве монтаж басынжы гиби айрынтылар белиртилмемиштир.
• Багымсыз ячейка текрар сайылары билдирилмемиштир.
• Чеврим графиклеринде стандарт сапма же гүвен аралыгы жок.
• Активасйон энергияси ве дифүзйон катсайысы хесапларынын бүтүн параметрелери верилмемиштир.
• Капламанын узун сүрели меканик бүтүнлүгү нижел оларак өлчөнгөн эмес.
• Йүксек күкүрт йүкү тажрыйбаи гана 50 чеврим сүрдүрүлмүштүр.
• Кесе типи же даха чоң ячейка догруламасы йапылмамыштыр.
• Хам вери, анализ коду ве там тажрыйба речетеси ичкиин ачык еришим баглантысы верилмемиштир.

Метин ве гөрселлердеки өнемли рапорлама соруну

Шекил 6 ачыкламасында чеврим кошуллары бирбирийле карыштырылмыштыр. Ана метин ве график етикетлерине гөре:

• Шекил 6ж, 0,1 Ж’де 200 чевримлик тажрыйбаи,
• Шекил 6г, 1 Ж’де 1000 чевримлик тажрыйбаи

гөстермектедир. Шекил ачыкламасы исе бу ики ораны терс йазмыштыр. Макаледе ана метин, өзет ве график ичкии етикетлерин ортак гөстерими есас алынмыштыр.

Жыйынтыклары кубатлендирежек ек изилдөөлар

• Там тажрыйбасел ыкмаин ве ек билгмененрин йайымланмасы,
• Хер кошулда ен аз биркач көз карандысыз ячейканин тест едилмеси,
• Орталама, стандарт сапма ве гүвен аралыкларынын рапорланмасы,
• Дүшүк електролит/күкүрт оранында тажрыйба йапылмасы,
• Даха жогорку алан сыйымдуулуксине сахип катотларын кулланылмасы,
• Каплама күтлесинин там ячейка энергия тыгыздыгына еткисинин хесапланмасы,
• Кесе типи ячейкалерле өлчек бүйүтме,
• Liтйум метал йүзейинин чеврим сонрасында инжеленмеси,
• Каплама сойулмасы ве делинме дайанымы тестлери,
• Узун дөнем жогорку күкүрт йүкү чевримлери,
• ZnS ораны ве нанобөлүкчө чоңлүгү ичкиин параметрик оптимизасйон,
• Хам вермененрин ве үретим речетесинин ачык бир депода пайлашылмасы

Булак ве Ыкма Эскертүү

• Изилдөөнын өзгүн ады: Ын Ситу Гроwн ZnS Нанопартижлес он Ti3Ж2Тx MXene ас Дуал-Фунжтионал Спажерс фор Боостед Сулфур Редоx Кинетижс ин Liтхиум-Сулфур Баттериес
• Йазарлар: QиуХонг Зханг; XингЙу Liу; ЖингЙуе Гао; Xу Йанг; ЙуФеи Зханг; Йанг Зхао; Qи Жин
• Йазар сыраламасы: Йазарлар йукарыда башлык сайфасындаки өзгүн сырайла берилген.
• Еш каткы же еш биринжи йазарлык: Бейан жок.
• Сорумлу йазарлар: ЙуФеи Зханг; Йанг Зхао; Qи Жин
• ЙуФеи Зханг е-постасы: zhangyufei230103@163.com
• Йанг Зхао е-постасы: zhaoyang032016@163.com
• Qи Жин е-постасы: jinqi@hrbnu.edu.cn
• Биринжи курум: Кей Лабораторй фор Пхотониж анд Ележтрониж Бандгап Материалс, Министрй оф Едужатион; Сжхоол оф Пхйсижс анд Ележтрониж Енгинееринг, Харбин Нормал Университй, Харбин, Кытай
• Икинжи курум: Жоллеге оф Сжиенже, Qиqихар Университй, Qиqихар, Кытай
• Курум ешлештирмеси: Йанг Зхао башлык сайфасында Qиqихар Университй менен; дигер йазарлар Харбин Нормал Университй менен илишкмененндирилмиштир.
• Изилдөө йылы: 2026
• Кесин йүклеме тарихи: Йүкленен изилдөө метнинде белиртилмемиштир.
• Булак түрү: Хакем дегерлендирмесинден гечмемиш тажрыйбасел препринт араштырма метни
• Йайын платформу: SSRN
• Платформ ишлетмежиси: Елсевиер
• Препринт DOI: 10.2139/ссрн.7196302
• Ресмî кайыт:SSRN ресмî изилдөө сайфасы
• Калыжы DOI баглантысы:10.2139/ссрн.7196302
• Дерги: Хакемли бир дергиде йайымландыгы догруланамамыштыр.
• Өзгүн йайыневи: Хакемли дерги йайыневи жок; изилдөө SSRN препринт платформунда сунулмуштур.
• Хакемлик дуруму: Изилдөөнын хер сайфасында хакем дегерлендирмесинден гечмедиги белиртилмектедир.
• Финансман: Натионал Натурал Сжиенже Фоундатион оф Жхина, 22409044; Натурал Сжиенже Фоундатион оф Хеилонгжианг Провинже, ЛХ2023Е079
• Чыкар чатышмасы: Йазарлар билинен бир финансал чыкар чатышмасы же изилдөөйы еткмененйебмененжек кишисел илишки булунмадыгыны бейан етмиштир.
• Вери еришими: Хам вермененр ичкиин ачык вери депосу баглантысы верилмемиштир.
• Ек матерйал: Ана метинде С1–С14 ек шекиллерине атыф йапылмакта, бирок бу еклер йүкленен досйада йер алмамактадыр.

CRediT каткылары: QиуХонг Зханг; илк таслак, вери дүзенлеме, араштырма ве бичкиимсел анализ. XингЙу Liу; вери дүзенлеме ве араштырма. ЖингЙуе Гао; араштырма ве бичкиимсел анализ. Xу Йанг; вери дүзенлеме ве бичкиимсел анализ. ЙуФеи Зханг; гөзден гечирме ве дүзенлеме, булаклар, вери дүзенлеме ве денетим. Йанг Зхао; гөзден гечирме ве дүзенлеме, финансман единими ве бичкиимсел анализ. Qи Жин; гөзден гечирме ве дүзенлеме, ыкма, финансман единими, араштырма, каврамсаллаштырма ве вери дүзенлеме.

Бу Верианла макалесинин билимсел ичкиериги гана йүкленен изилдөөнын ана метни, йапысал анализлери, адсорпсийон тажрыйбалери, XPS өлчөөлери, електрокимйасал вермененри, йеринде Raman жыйынтыклары ве Шекил 1–6’даки графиклер есас алынарак хазырланмыштыр. Дыш булаклар гана DOI, SSRN кайды, йазар ве курум билгмененринин библийографик оларак догруланмасы амажыйла кулланылмыш; сырткы булаклардан йени билимсел булгу екленмемиштир.

Изилдөөда тажрыйбасел ыкма айрынтыларынын өнемли бир бөлүмү ве бүтүн ек билгмененр булунмадыгындан сентезин, сепаратор капламасынын ве ячейка монтажынын көз карандысыз оларак ошол эле бичкиимде текрарланмасы мүмкүн дегилдир. Бу ексиклик жыйынтыкларын йанлыш олдугу анламына гелмез; бирок сандык перформансын догруланабилирлигини ве башка лаборатуварлара актарылабилирлигини сынырлар.

200 чевримлик тажрыйбаин 0,1 Ж’де, 1000 чевримлик тажрыйбаин исе 1 Ж’де йапылдыгы; ана метин, өзет ве график ичкии етикетлерле дестекленмектедир. Шекил 6 ачыкламасындаки терс оран ифаделери сессизже дүзелтилмемиш ве бу булак эскертүүнда ачык түрдө белгиленген.