Каркаси мураттаби карбонии бо нитроген легиронидашуда (ONCF) маводи катоди батареяи литий–сулфур мебошад, ки сохтори ковокдори карбонии нигоҳдорандаи сулфурро бо нанолӯлаҳои карбонии дар болои он парваришшуда ва сатҳҳои дорои нитроген/кобалт муттаҳид мекунад. Дар сохтори таҳиякардаи Manh Cuong Nguyen ва ҳамкоронаш ковокиҳои калон ва ба ҳам пайваста ба дастрасии электролит; қабати нанолӯлавӣ ба пайвастҳои гузаронандаи электрон; ковокиҳои хурдтар ва сатҳҳои қутбӣ бошад, ба нигоҳдорӣ ва табдили намудҳои сулфур мусоидат карданро ҳадаф доранд. Катоди S@ONCF-и бо сулфур боршуда дар ҳуҷайраҳои тугмашакл, нисбат ба массаи сулфур, ҳангоми ҷараёни 2.0 A g⁻¹ дар охири 750 давр ғунҷоиши 746.9 mAh g⁻¹ додааст. Дар ҳуҷайраи пакетӣ бо боркунии сулфури тақрибан 4.0 mg cm⁻² бошад, ҳангоми ҷараёни 0.2 A g⁻¹ дар охири 300 давр 545.4 mAh g⁻¹ ба даст омадааст. Ин қиматҳо устувории катодро дар шароити зикршудаи таҷриба нишон медиҳанд; зичии энергия нисбат ба массаи умумии ҳуҷайра нестанд.

Саҳми асосии таҳқиқот муттаҳид кардани тартиби ковокиҳо, пайвастҳои нанолӯлавӣ ва химияи сатҳ дар як сохтори ҳомил мебошад. Сохтори мураттаб нисбат ба намунаи номураттаби муқоисавӣ реаксияҳои қавитари оксидшавӣ–барқароршавии полисулфид ва нигоҳдории беҳтари ғунҷоишро нишон додааст. Санҷишҳои баъди даврҳо нигоҳ доштани сохтори ковокдорро дар минтақаҳои мушоҳидашуда ва ташаккули қабати байнифазавии дорои фториди литийро дар сатҳи катод дастгирӣ мекунанд. Бо вуҷуди ин, намунаҳои муқоисашуда аз рӯи чанд хусусияти сохторӣ ва химиявӣ фарқ мекунанд; саҳми ҳар ҷузъ бо таҷрибаи назоратии алоҳида миқдоран ҷудо карда нашудааст.

Чаро мушкили катоди сулфур танҳо гузаронандагӣ нест?

Дар батареяҳои литий–сулфур (Li–S) нигоҳдории энергия ба табдили намудҳои дорои сулфур ба ҳамдигар ҳангоми заряддиҳӣ ва разряд асос меёбад. Сулфури элементии ибтидоӣ ва маҳсулоти ниҳоии разряд — сулфиди литий (Li₂S) — электронҳоро хуб намегузаронанд. Мавҷудияти сулфур дар як қисми электрод маънои аз ҷиҳати электрӣ истифодашаванда будани он қисмро надорад. Агар электрон ба моддаи фаъол нарасад ё электролит ба ковокиҳо ба қадри кофӣ ворид нашавад, қисми сулфур ба ғунҷоиши ченшудаи ҳуҷайра саҳм гузошта наметавонад.

Полисулфидҳои ҳалшавандаи литий, ки ҳангоми табдил пайдо мешаванд, душвории дуюмро эҷод мекунанд. Онҳо метавонанд аз минтақаи катод дур шуда, дар электролит интиқол ёбанд. Ин раванд, ки манбаъ онро ҳамчун таъсири рафтуомадӣ муҳокима мекунад, гардиши номатлуби намудҳои фаъоли сулфурро бо талафи ғунҷоиш ва реаксияҳои паҳлуӣ мепайвандад. Ба ин тағйири ҳаҷм ҳангоми табдили сулфур ва Li₂S ва бозташаккули тамоси электрод–электролит ҳамроҳ мешавад. Дар ҷараёни баланд вақти ҷудошуда барои ҳар марҳила кӯтоҳтар аст, бинобар ин интиқоли сусти ион ва пайвастҳои нокифояи электрӣ равшантар зоҳир мешаванд.

Аз ин рӯ, ҳомили муносиб барои сулфур бояд дар як ҷой чанд вазифаро иҷро кунад: электронро ба минтақаи реаксия расонад, ба электролит имкони дастрасӣ ба он минтақаро диҳад, пурра дур шудани маҳсулоти мобайнии ҳалшавандаро маҳдуд кунад ва дар тӯли табдил тамосро нигоҳ дорад. Равиши меъмории таҳқиқот ба ҳамин зарурати кори якҷоя асос меёбад. Агар равандҳои дигар нокифоя бошанд, танҳо масоҳати зиёди сатҳ ё танҳо сатҳи пурқуввати адсорбсия кори тамоми катодро шарҳ дода наметавонад.

Маводи карбонӣ барои ин мақсад истифода мешаванд, зеро сохтори ковокиҳои онҳоро танзим кардан ва ҳомили гузаронанда сохтан мумкин аст. Ковокиҳои хеле хурд намудҳои сулфурро маҳдуд карда метавонанд; аммо агар то дараҷаи душвор кардани дастрасӣ бартарӣ дошта бошанд, воридшавии электролит ва табдилро суст карда метавонанд. Ковокиҳои калонтар интиқолро осон мекунанд, вале таъсири мутақобилаи сатҳҳои ғайриқутбии карбон бо полисулфидҳои ҳалшаванда маҳдуд монда метавонад. Нигоҳ доштани пайвастҳои ибтидоии байни зарраҳои хока ё нанолӯлаҳои бесарусомон печида ҳангоми коркарди электрод ва тағйири ҳаҷм низ мушкили алоҳида аст.

ONCF дар батареяи литий–сулфур чӣ вазифа дорад?

ONCF каркаси мураттаби карбонии бо нитроген легиронидашуда мебошад, ки дар катоди батареяи литий–сулфур сулфурро ҷой медиҳад ва минтақаҳои табдили сулфурро ба роҳҳои интиқоли ион ва электрон мепайвандад. Дар ин таҳқиқот ONCF ковокиҳои калони мураттаби сеченака, қабати нанолӯлавии дар болои каркас рӯянда ва сатҳҳои дорои нитроген/кобалтро муттаҳид мекунад. Таҷрибаҳо нишон медиҳанд, ки ин сохтори якҷоя нисбат ба ҳомили номураттаби NCF табдили полисулфид ва устувории давриро дастгирӣ мекунад; ONCF худ батареяи комил нест.

Ихтисораи ONCF аз номи “ordered N-doped carbon framework” дар манбаъ гирифта шудааст. Пас аз боркунии сулфур мавод ҳамчун S@ONCF нишон дода мешавад. NCF бошад, карбони муқоисавиест, ки аз ҳамон химияи асосии пешмодда, бе истифодаи қолаби мураттаби полистирол, гирифта шудааст. S@NCF шакли бо сулфур боршудаи он аст. Фарқ кардани ин номҳо муҳим аст: қисми микроскопия ва таҳлилҳои сатҳ ба ҳомили бе сулфур, натиҷаҳои батарея бошанд ба катоди композитии дорои сулфур тааллуқ доранд.

Дар ин тарҳ тартиби ковокиҳо ва химияи сатҳҳо дар як миқёс амал намекунанд. Холигиҳои калон ба ҳаракати электролит ба дохили каркас ёрӣ медиҳанд, нанолӯлаҳо бошанд шохаҳои карбонро ба ҳам мепайванданд. Ковокиҳои хурдтар ва сатҳҳои қутбӣ ба муҳити маҳаллии реаксия, ки намудҳои сулфур дар он ҳастанд, таъсир мерасонанд. Муҳаққиқон ин якҷоягиро аз электроди хокагӣ, ки танҳо аз берун ба он нанолӯла омехта шудааст, фарқ мекунанд: ҳадаф тамоси пайвастаи такягоҳи гузаронанда бо сатҳҳои дохилии ковокиҳо низ мебошад.

Дар намунаи NCF ҳам ташаккулҳои маҳаллӣ ва бештар кандашудаи нанолӯла мушоҳида шудаанд. Аз ин рӯ, фарқи S@ONCF ва S@NCF-ро «ду катод бо нанолӯла ва бе нанолӯла» гуфтан тарҳи таҷрибаро дигар мекунад. Муқоисаи воқеӣ байни ду ҳомилест, ки пайвастагии рӯйпӯши нанолӯлавӣ, тартиби ковокиҳо, сатҳи дастрас ва муҳитҳои нитроген/кобалт дар сатҳашон якҷоя тағйир меёбанд.

Таҳқиқот кадом далелҳоро муттаҳид мекунад?

Занҷири далелҳо аз сохтани мавод ба рафтори он дар дохили ҳуҷайра мегузарад. Аввал пешмоддаи мураттаби ZIF-67 бо қолаби полистирол тайёр мешавад. Сипас таъсири ҳарорати карбонизатсия ба тартиби ковокиҳо ва афзоиши нанолӯла омӯхта мешавад. Микроскопия, адсорбсияи газ, дифраксия ва спектроскопияи сатҳ сохтори ҳомили ҳосилшударо аз паҳлуҳои гуногун тавсиф мекунанд. Таҷрибаҳои ҳуҷайраҳои симметрии дорои сулфур таъсири мутақобилаи электрохимиявии ду ҳомилро бо полисулфидҳо муқоиса мекунанд. Дар охир катодҳои бо сулфур боршуда дар ҳуҷайраҳои тугмашакл ва пакетӣ санҷида мешаванд.

Ин марҳилаҳо ҷойи ҳамдигарро намегиранд. Тасвири микроскопи электронӣ қимати ададии муқовимати электриро намедиҳад. Ҷараёни қавитари ҳуҷайраи симметрӣ худ аз худ зичии энергияи батареяи пурраро муайян намекунад. Мавҷудияти ковокиҳои намоён пас аз даврҳои зиёд низ исбот намекунад, ки дар тамоми электрод ҳеҷ осебе набудааст. Қудрати тавзеҳии таҳқиқот аз он меояд, ки ченкуниҳои гуногун ҳамон меъмории якҷояро дастгирӣ мекунанд; ҳудуди маълумоте, ки ҳар ченкунӣ дастрас намекунад, бояд алоҳида нигоҳ дошта шавад.

Усул ва Натиҷаҳои Таҳқиқот

1. Аз қолаби полистирол то каркаси карбонии бо қабати нанолӯлавӣ пӯшонидашуда

Манбаъ мегӯяд, ки моддаҳои химиявӣ бе тозакунии иловагӣ истифода шудаанд. Консентратсияи аммиаки обии барои тайёр кардани пешмодда истифодашуда дар доираи %25.0–30 дода шудааст; ин маълумот муҳити реаксияро, ки танҳо бо ҳаҷми маҳлул тавсиф намешавад, пурра мекунад.

Дар марҳилаи аввали синтез курачаҳои полистирол (PS) тайёр шудаанд. 2.5 g поливинилпирролидон бо массаи миёнаи молекулавии 10000 дар 200 mL об ҳал шудааст; система дар атмосфераи нитроген, зери сардкунандаи баргардон ва дар ҳаммоми равғании 70 °C барои 15 дақиқа нигоҳ дошта шудааст. Баъд 24 mL стирол илова шуда, омехтакунӣ боз 15 дақиқа давом кардааст. Ҳамчун оғозкунанда 0.2 g персулфати калийи дар 40 mL об ҳалшуда қатра-қатра илова шудааст; реаксия дар 70 °C барои 24 соат идома ёфтааст. Манбаъ мегӯяд, ки маҳсулот дар 3500 rpm барои 16 соат сентрифуга шуда, дар 60 °C тамоми шаб хушк шудааст. Муддати сентрифугакунӣ дар ин ҷо ҳамон тавре ки дар манбаъ навишта шудааст, нигоҳ дошта шудааст.

Барои қолаби мураттаби дорои кобалт 7.32 g Co(NO₃)₂·6H₂O дар 30 mL омехтаи метанол/этиленгликол бо таносуби ҳаҷмии 9:1 ҳал шудааст. Ба ин маҳлул 4 g PS илова шуда, 6 соат омехта шудааст, сипас 30 дақиқа вакуум татбиқ шуда, дар 60 °C тамоми шаб хушк шудааст. PS@Co(NO₃)₂-и ҳосилшуда бо омехтаи дорои 9.852 g 2-метилимидазол, 15 mL метанол ва 15 mL аммиаки обӣ коркард шудааст. Пас аз марҳилаи сидақиқаии вакуум 24 соат расонидан анҷом ёфта, PS@ZIF-67 гирифта шудааст.

Қолаби полистирол дар диметилформамид (DMF) хориҷ шудааст; маҳсулот дар 60 °C тамоми шаб хушк шуда, ZIF-67-и сеченакаи мураттаби макроковокдор тайёр шудааст. Муддати нигоҳдорӣ дар DMF дар манбаъ равшан дода нашудааст. Пешмоддаи номураттаби муқоисавӣ — ZIF-67-и ҳаҷмӣ — бо ҳамон химияи асосӣ, бе иловаи қолаби PS истеҳсол шудааст. Ҳамин тавр роҳи истеҳсолие пайгирӣ шудааст, ки дар он холигиҳои мураттаб пеш аз карбонизатсия сохта мешаванд.

Карбонизатсия дар атмосфераи дорои %5 H₂ ва %95 Ar аз рӯи мол анҷом шудааст. Ҳарорат аз шароити хона то 435 °C бо суръати 1 °C дар як дақиқа бардошта шуда, дар он ҷо 1.5 соат нигоҳ дошта шудааст. Сипас бо ҳамон суръати гармкунӣ ба 700 °C расонида шуда, 3.5 соат нигоҳ дошта шудааст. Маҳсулоти сардшуда дар 1 M H₂SO₄ барои 12 соат нигоҳ дошта, шуста ва хушк шудааст. Бо интихоби ҳарорати ниҳоии марҳилаи дуюм ба андозаи 600, 700, 800 ва 900 °C силсилаи ҳароратӣ тайёр шудааст. ONCF ва NCF-и дар муқоисаи асосии электрохимиявӣ истифодашуда ба шароити 700 °C тааллуқ доранд.

Ҳангоми боркунии сулфур ҳомил ва сулфур бо таносуби массавии тақрибан 1:2 омехта шудаанд. Омехтаи дар зарфи шишагии пӯшида бо миқдори ками дисулфиди карбон (CS₂) тақрибан 24 соат нигоҳдошташуда дар ҷевони кашанда 12 соат хушк шуда, баъд дар автоклав дар 155 °C барои 12 соат коркард ва майда шудааст. Манбаъ ҳаҷми дақиқи CS₂-ро намедиҳад. Ин марҳилаҳо тайёркунии композит барои зиёд кардани тамоси сулфур бо карбони ковокдор мебошанд; пайвандгари электрод ва ҷамъкунандаи ҷараён дар тайёркунии минбаъдаи ҳуҷайра илова мешаванд.

2. Сохтор бо кадом усулҳо омӯхта шуд?

Микроскопияи электронии сканерӣ бо эмиссияи майдонӣ (FESEM; Hitachi S4700) барои омӯзиши морфологияи сатҳи ковокиҳо ва шохаҳои карбон истифода шудааст. Микроскопияи электронии гузаронанда (TEM; FEI Titan Cubed G2 60–300) дар бораи нанолӯлаҳо ва зарраҳои хурди бой аз кобалт маълумоти маҳаллитар додааст. Микроскопияи электронии гузаронандаи сканерӣ дар майдони торики ҳалқавии кунҷи баланд (HAADF-STEM), спектроскопияи рентгении энергия-дисперсионӣ (EDS) ва спектроскопияи талафи энергияи электрон (EELS) сохторҳои тасвиршударо бо тақсимоти элементҳо пайвастаанд.

Спектроскопияи инфрасурх бо табдили Фурйе (FTIR; Nicolet iS10) муҳитҳои пайвандии пешмодда ва тағйироти баъди карбонизатсияро пайгирӣ кардааст. Дифраксияи рентгенӣ (XRD; Rigaku Miniflex 600) нигоҳдорӣ ё табдили пешмоддаи кристаллӣ ва хусусиятҳои дифраксионии фазаҳои дорои карбон ва кобалтро арзёбӣ кардааст. Адсорбсияи нитроген дар 77 K бо дастгоҳи Belsorp mini X чен шуда, масоҳати хоси сатҳ ва тақсимоти ковокиҳо омӯхта шудааст. Спектроскопияи фотоэлектронии рентгенӣ (XPS; Thermo K-Alpha+) химияи сатҳро таҳқиқ кардааст; энергияҳои пайвастагӣ бо истиноди 284.8 eV барои C 1s калибр шудаанд. Таҳлили термогравиметрӣ (TGA; Q500) зери аргон бо суръати гармкунии 10 °C дар як дақиқа анҷом шудааст.

Ченкуниҳои электрохимиявӣ дар ҳарорати хона бо системаи ZIVE MP1, таҷрибаҳои заряддиҳӣ–разряд ва даврӣ бо ҷараёни доимӣ бо системаи Neware 4008T гузаронида шудаанд. Катодҳои баъди даврҳо дар қуттии дастпӯшакдори аргонӣ бароварда шуда, бо DME/DOL нарм чайқонда, хушк ва тамосашон бо ҳаво маҳдуд шудааст. Ин тайёркунӣ шарти намунагирии таҳлили сатҳ аст; чайқондан ва қабатҳои рӯйпӯши сатҳ метавонанд ба он таъсир расонанд, ки кадом намудҳои сулфур дар XPS дида мешаванд.

3. Оё пешмоддаи мураттаб воқеан ташаккул меёбад?

Тасвирҳои SEM-и расми 2-и манбаъ нишон медиҳанд, ки ZIF-67-и беқолаб тӯдаҳои зарраҳои қиррадор месозад, намунаи қолабдор бошад кушодагиҳои такроршаванда ва шохаҳои пайвасткунандаи онҳоро дорад. Харитаҳои элементҳои C, N ва Co ин ҷузъҳои пешмоддаро бо сохтор мепайванданд. Нигоҳ доштани мавқеи қуллаҳои ZIF-67 дар нақшҳои XRD идома ёфтани сохтори хоси кристаллии каркаси металл–органикиро ҳангоми сохтани холигиҳои мураттаб дастгирӣ мекунад. Фарқи шиддати нисбии қуллаҳо худ аз худ маънои пайдоиши фазаи нави кристаллиро надорад.

Дар муқоисаи FTIR-и расми иловагии S3 тасмаҳои тақрибан 1580, 1140 ва 990 cm⁻¹ бо муҳитҳои пайвандии пешмоддаи асосаш имидазолат алоқаманд дониста шудаанд. Ин ченкунӣ тартиби сеченакаи ковокиҳоро мустақим нишон намедиҳад; он далели иловагист, ки ҳамзистии меъмории бо SEM мушоҳидашуда ва химияи ZIF-67-ро дастгирӣ мекунад.

Дар адсорбсияи нитроген ҷаббиш дар фишори нисбии паст дар бораи ковокиҳои хурд, ҷаббиши иловагӣ дар фишори нисбии баландтар бошад дар бораи саҳми холигиҳои калонтар маълумот медиҳад. Манбаъ хабар медиҳад, ки саҳми ковокиҳои тақрибан 1.2 nm дар пешмоддаи мураттаб равшантар аст. Аммо тақсимоти ковокиҳои хурде, ки аз адсорбсияи газ гирифта мешавад, ченкунии диаметри ҳамаи холигиҳои калони SEM нест. Бояд нигоҳ дошт, ки андозаи ковокӣ бо кадом усул ва доираи ченкунӣ арзёбӣ шудааст.

Расми иловагии S1 тасвири курачаҳои PS ва S2 морфологияи ZIF-67-и беқолабро пурра мекунад. Нишонаи миқёси S1 ҳангоми хондан бо тавсифи нанокураҳо дар матн ва дигар тасвирҳои морфология номуайянӣ дорад: дар тасвир 500 µm навишта шудааст. Ин нишона пинҳонӣ ба 500 nm иваз нашудааст ва диаметри PS аз ин тасвир ҳамчун натиҷаи нави ададӣ ҳосил нашудааст.

4. Ҳарорати карбонизатсия, афзоиши нанолӯла ва тартиби ковокиҳо

Пас аз карбонизатсия инъикосҳои хоси дифраксионии ZIF-67 нопадид шуда, хусусиятҳои вобаста ба карбон ва сохторҳои дорои кобалт пайдо мешаванд. Равшантар будани аломати карбонии (002) дар ONCF дар манбаъ бо тартиби графитӣ пайваста шудааст. Ин тафсир якҷоя бо микроскопия арзёбӣ мешавад: дар 600 °C афзоиши нанолӯла камтар аст; дар 700 °C каркаси ковокдор нигоҳ дошта шуда, рӯйпӯши зичтари нанолӯла дида мешавад; дар 800 ва 900 °C сохтор дағалтар ва кушодагиҳои мураттаб камтар равшан мешаванд.

Робитаи муҳими ҷадвал ин аст, ки афзоиши ҳаҷми умумии ковокиҳо ҳамеша бо афзоиши масоҳати сатҳ ҳамроҳ нест. Ҳаҷми ковокиҳои ONCF-900 аз ONCF-700 зиёдтар, вале масоҳати хоси сатҳаш камтар аст. Ин ҳолат барои фаҳмидани он ёрӣ медиҳад, ки ҳарчанд холигиҳои калонтар ба ҳаҷм саҳми калон медиҳанд, ковокиҳои хурд аз ҷиҳати масоҳати сатҳ муҳиманд. NCF-700 низ бо вуҷуди ҳаҷми умумии бештар нисбат ба ONCF-700 масоҳати сатҳи камтар дорад. Пас як ибораи «ковокдортар» фарқҳои сохтории ин намунаҳоро кофӣ тавсиф намекунад.

Манбаъ 700 °C-ро дар байни шароити санҷидашуда ҳамчун тавозуни муносиб барои рушди нанолӯла, сатҳи дастрас ва нигоҳдории каркаси мураттаб интихоб мекунад. Ин интихоби ҳарорати беҳтарини умумӣ нест, ки бо санҷиши якхелаи батарея дар ҳар ҳарорат муайян шуда бошад. Расмҳои иловагии S4–S6 силсилаи ҳароратиро мутаносибан тавассути дифраксия, адсорбсияи нитроген ва морфология дастгирӣ мекунанд. Азбаски миқёсҳои амудии панелҳои XRD фарқ карда метавонанд, баландии намоёни қулларо набояд мустақиман ҳамчун тартиби миқдори фазаҳо истифода бурд.

Расми 3 ва расмҳои иловагии S7–S8 робитаи нанолӯлаҳо бо шохаҳои карбон ва мавҷудияти зарраҳои бой аз кобалтро дар миқёси хурдтар нишон медиҳанд. Дар TEM зарраҳои иҳоташуда бо карбон, дар харитаҳои HAADF-STEM/EDS тақсимоти C, N ва Co, дар EELS бошад канорҳои Co L₃ ва L₂ омӯхта шудаанд. Инҳо мавҷудияти сохторҳои маҳаллии дорои кобалтро дастгирӣ мекунанд; шумораи марказҳои фаъоли якатомӣ ё танҳо як ҳолати валентии кобалтро муайян намекунанд. Саҳми ковокиҳои хурди ONCF махсусан дар минтақаи тақрибан поён аз 10 nm равшантар аст, дар ҳоле ки NCF саҳми васеътари мезоковокиҳои калонро нишон медиҳад.

5. XPS дар бораи муҳити химиявии карбон ва нитроген чӣ мегӯяд?

XPS сигналҳои аз сатҳ омадаро аз рӯи энергияҳои пайвастагӣ ҷудо мекунад. Мутобиқ кардани контури спектралии C 1s ё N 1s бо чанд ҷузъ барои арзёбии саҳмҳои нисбии муҳитҳои гуногуни пайвандӣ хизмат мекунад. Фоизҳои зер саҳми масоҳатҳои қуллаҳои мутобиқшуда дар дохили контури спектралии дахлдор мебошанд. Онҳоро ҳамчун фоизи массавии нитрогени тамоми намуна, фоизи умумии атомӣ ё шумориши мустақими пайвандҳои тамоми каркаси карбонӣ хондан дуруст нест.

Баландтар будани саҳмҳои C–C/C=C ва N-и графитии ONCF бо тафсири муаллифон дар бораи пайвастҳои электронии бештар рушдёфта якҷоя пешниҳод шудааст. Афзоиши ҷузъи ҳампӯшандаи пирролӣ/пирролинии N–Co–N бошад бо муҳитҳои сатҳии дорои кобалт ва нитроген алоқаманд дониста мешавад. Аммо масоҳати қуллаи ҳампӯшандаи XPS-ро танҳо ба марказҳои фаъоли Co–N баробар кардан мумкин нест. Спектри сатҳ ченкунии мустақили гузаронандагии электрӣ ё суръат ба ҳар маркази каталитикиро намедиҳад.

Дар мутобиқсозии Co 2p саҳмҳои металлии Co⁰ барои NCF дар минтақаҳои 2p₃/₂ ва 2p₁/₂ мутаносибан %13.07 ва %6.54 дода шудаанд. Дар сатҳи ONCF бошад, дар ҳамон шароити мутобиқсозӣ саҳми металлӣ тақрибан сифр гузориш шуда, ҷузъҳои марбут ба Co²⁺/Co³⁺ ва сохторҳои моҳвораӣ бартарӣ ёфтаанд. Азбаски саҳмҳои ададии ҳамаи ҷузъҳои дигари кобалт дар матни асосии дастрас дода нашудаанд, тақсимоти нопурра дар ин ҷо пурра карда нашудааст.

Ҳангоми дар TEM дидани зарраҳои бой аз кобалт дар дохили карбон ва нишон додани сатҳи бештар оксидшуда аз ҷониби XPS бояд ба назар гирифт, ки усулҳо аз як чуқурӣ намуна намегиранд. Зарраи дохилии иҳоташуда бо карбон ва сатҳи берунӣ шарт нест, ки як ҳолати химиявӣ дошта бошанд. Ғайр аз ин, спектри ONCF-и бе сулфур ва спектри S@ONCF-и бо сулфур боршуда, ки ҳанӯз давр нагузаштааст, ҳолатҳои гуногуни намуна мебошанд; саҳмҳои хурди металлӣ дар ин ду таҳлилро набояд мустақиман яксон ҳисоб кард.

FTIR-и расми иловагии S9 нопадид шудани тасмаҳои пайвандии пешмоддаро пас аз карбонизатсия ва муҳитҳои марбут ба Co–O-ро дар минтақаи адади мавҷии паст ба таври иловагӣ нишон медиҳад. Мавҷудияти тасмаи васеъ ҳамчун ташхиси қатъии як фазаи ягонаи софи оксиди кобалт пешниҳод нашудааст. Паёми асосии расми 4 он аст, ки ду ҳомил на танҳо аз рӯи шакл, балки аз рӯи тақсимоти нисбии муҳитҳои пайвандӣ дар сатҳ низ фарқ мекунанд.

6. Ҳуҷайраи симметрӣ табдили полисулфидро чӣ гуна месанҷад?

Дар ҳуҷайраҳои симметрӣ ду электрод аз як мавод тайёр шуда, байни онҳо электролити дорои намудҳои ҳалшавандаи сулфур ҷойгир мешавад. Дар ин таҳқиқот электролити асосӣ дар 1,3-диоксолан (DOL) ва 1,2-диметоксиэтан (DME) бо таносуби ҳаҷмии 1:1, 1 M литий бис(трифторметансулфонил)имид (LiTFSI) ва 0.2 M LiNO₃ дорад. Бо истифодаи Li₂S ва сулфур дар таносуби молии 1:7 католити номиналии 0.25 M Li₂S₈ тайёр шудааст; омехта зери аргон дар 60 °C барои 24 соат омехта шудааст. Манбаъ мегӯяд, ки маҳлули сурх-қаҳваранги торики бе таҳшин ба даст омадааст.

ONCF ё NCF дар N-метил-2-пирролидон (NMP) бо консентратсияи 10 mg mL⁻¹ пароканда ва бо ултрасадо коркард шудааст. Ба дискҳои матои карбонии диаметрашон 13 mm, ки дар рӯйхати маводи манбаъ ғафсиашон 300 µm зикр шудааст, 40 µL суспензия гузошта шуда, боркунии ҳомили тақрибан 0.3 mg cm⁻² ҳосил шудааст; электродҳо дар 80 °C барои 12 соат дар вакуум хушк шудаанд. Бо ду электроди яксон, сепаратори нахи шиша ва ҳамагӣ 80 µL католит ҳуҷайраи CR2032 ҷамъ шудааст. Ҳуҷайраҳо дар занҷири кушода 12 соат нигоҳ дошта шудаанд; матои карбонии бепӯшиш алоҳида ҳамчун назорат истифода шудааст.

Волтамметрияи даврӣ (CV) байни −0.8 ва +0.8 V бо суръатҳои рӯбиши 0.2, 0.5, 0.8, 1.0 ва 1.2 mV s⁻¹ анҷом шудааст. Спектроскопияи импеданси электрохимиявӣ (EIS) пас аз таърихи якхелаи CV дар шароити занҷири кушода, бо амплитудаи шиддати тағйирёбандаи 10 mV дар доираи 100 kHz–0.01 Hz чен шудааст. Дар ин ҳуҷайраҳо электроди металлии литий нест. Бинобар ин меҳвари шиддати ин ҷо ҳамон маънои шиддати катод нисбат ба Li⁺/Li дар ҳуҷайраи тугмашакли минбаъдаи Li–S-ро надорад.

Дар расми 5-и манбаъ ONCF нисбат ба NCF ҷараёнҳои қавитар ва равшантари оксидшавӣ–барқароршавиро нишон медиҳад; ҷавобҳои NCF васеътар ва сусттар, саҳми матои карбонии бепӯшиш бошад маҳдудтар аст. Камони хурдтар дар намоиши Nyquist тафсири муқовимати байнифазавии пасттарро барои ONCF дастгирӣ мекунад. Дар графики Nyquist меҳвари уфуқӣ ҷузъи ҳақиқии импеданс, меҳвари амудӣ ҷузъи мавҳумии аломаташ баръаксшударо нишон медиҳад; диаметри як камон ҳамаи ҷузъҳои ҳуҷайраро алоҳида чен намекунад.

Ин натиҷаҳо дастгирӣ мекунанд, ки сатҳҳои дастрас ва аз ҷиҳати электрӣ пайвастаи бо полисулфидҳо таъсиркунанда дар ONCF самараноктар кор мекунанд. Аммо манбаъ аз мутобиқсозии занҷири эквивалентӣ муқовимати ададии интиқоли заряд, ҷараёни мубодила ё суръати табдил ба ҳар марказро намедиҳад. Афзоиши ҷараёни қуллаи CV-ро танҳо ба таъсири каталитикии як пайванди химиявӣ нисбат додан низ кофӣ нест; масоҳати сатҳи дастрас ва интиқол дар ковокиҳо ба ҳамон ченкунӣ саҳм мегузоранд.

7. Боркунии сулфур ва ду талафи масса дар TGA

Матни асосӣ миқдори сулфурро барои S@ONCF аз рӯи масса %67.0 ва барои S@NCF %65.9 гузориш медиҳад. Каҷхатҳои термогравиметрии расми иловагии S10 барои фаҳмидани тарзи хондани ин ҷамъ муҳиманд. Дар S@NCF талафи асосии масса %61.2 ва талафи иловагии ҳарорати баландтар %4.7; дар S@ONCF бошад мутаносибан %62.2 ва %4.8 қайд шудаанд. Ҳангоми ҷамъ кардани ду марҳила қиматҳои %65.9 ва %67.0-и матни асосӣ ҳосил мешаванд.

Пас байни матни асосӣ ва расм хатои мустақими ҷамъкунӣ нест. Нуктаи кушода он аст, ки ҷузъҳои химиявии талафи дуюм дар ҳарорати баланд ва тарзи нисбат додани он ба миқдори сулфур ба қадри кофӣ муфассал нест. Ин номуайянӣ муҳим аст, зеро метавонад ба он таъсир расонад, ки ғунҷоиш ба кадом массаи сулфур тақсим мешавад. Дар ин ҷо таносубҳои сулфури гузоришкардаи муаллифон нигоҳ дошта шуда, бо истифодаи танҳо марҳилаи талафи асосӣ силсилаи нави ғунҷоиши хос ҳисоб нашудааст.

Дар расми иловагии S11 ONCF-и бо сулфур боршуда нисбат ба намуди бештар ҷамъшудаи назорати номураттаб тақсимоти кушодатар ва ба каркас мувофиқро нишон медиҳад. Ин ба тафсири тамоси мураттабтари сулфур бо ҳомил саҳм мегузорад. Аммо танҳо тасвири SEM тақсимоти сулфурро дар тамоми ҳаҷми электрод миқдоран харитабандӣ намекунад; намуди сатҳ ва миқдори умумии боркунӣ ченкуниҳои гуногунанд.

8. Тайёр кардани ҳуҷайраҳои тугмашакл ва шароити муқоиса

Суспензияи катод бо композити S@ONCF ё S@NCF, карбони гузаронандаи Ketjenblack EC300J ва пайвандгари поли(винилиденфторид-ко-гексафторпропилен) (PVDF-HFP) дар таносуби массавии 80:10:10 дар NMP тайёр шудааст. %80-и ин ҷо саҳми ҷузъи сахти композитест, ки сулфур ва ҳомилро якҷоя дорад, дар суспензия; маънои %80 сулфури соф доштани электродро надорад. Суспензия ба фолгаи алюминии 20 µm пӯшонида шуда, дар 80 °C барои 12 соат дар вакуум хушк, дар 90 °C каландр ва ба дискҳои диаметрашон 12 mm бурида шудааст.

Катодҳои дорои боркунии сулфури тақрибан 1.5–2.0 mg cm⁻² дар муҳити аргон ба ҳуҷайраҳои CR2032 ҷойгир шудаанд. Диаметри электроди муқобил/истинодии литийи металлӣ 15.8 mm аст. Ҳамчун сепаратор полипропилени Celgard 2400 истифода шудааст. Электролит дар омехтаи DME/DOL бо таносуби ҳаҷмии 1:1, 1 M LiTFSI ва 0.2 M LiNO₃ дорад. Таносуби электролит/сулфур (E/S) ба ҳар 1 mg сулфур 10 µL дода шудааст. Ин миқдор қисми шароити дастрасии моеъ мебошад, ки ҳомил дар он санҷида шудааст.

Ченкуниҳои CV-и ҳуҷайраҳои тугмашакл байни 1.7–2.8 V нисбат ба Li⁺/Li ва бо суръати рӯбиши 0.05 mV s⁻¹ анҷом шудаанд. Шароити EIS амплитудаи 10 mV ва доираи басомади 100 kHz–0.01 Hz мебошад. Пеш аз таҷрибаҳои даврӣ дар ҷараёни ҳадаф се даври пешакӣ дар 0.1 A g⁻¹ гузаронида шудаанд. Ҳамаи ҷараёнҳо ва ғунҷоишҳои хоси манбаъ нисбат ба массаи сулфур нормализатсия шудаанд. Азбаски робитаи истиноди ибтидоии ҳар график бо даврҳои пешакӣ алоҳида муфассал нест, қиматҳои ибтидоӣ ва нигоҳдории гузоришшуда дар заминаи таҷрибаи худ нигоҳ дошта шудаанд.

Оё ғунҷоиш нисбат ба массаи сулфур зичии энергияи батарея аст?

Ғунҷоиш нисбат ба массаи сулфур қимати mAh g⁻¹ аст, ки аз тақсими заряди электрии додаи ҳуҷайра танҳо ба миқдори сулфур ҳосил мешавад; зичии энергияи батареяи комилро намедиҳад. Барои зичии энергия дар сатҳи ҳуҷайра, дар баробари шиддати корӣ, масса ё ҳаҷми литий, электролит, ҳомили карбонӣ, пайвандгар, ҷамъкунандаи ҷараён, сепаратор ва бастабандӣ низ бояд ба ҳисоб гирифта шавад. Азбаски ин таҳқиқот ғунҷоишҳои асосашон сулфурро гузориш медиҳад, қиматҳоро мустақиман ҳамчун Wh kg⁻¹ ё Wh L⁻¹ пешниҳод кардан мумкин нест.

Ғунҷоиши хос ва ғунҷоиши сатҳӣ низ ба саволҳои гуногун ҷавоб медиҳанд. Ғунҷоиши хос нишон медиҳад, ки аз воҳиди массаи сулфур чӣ қадар заряд гирифтан мумкин аст; ғунҷоиши сатҳӣ бошад нишон медиҳад, ки воҳиди масоҳати электрод чӣ қадар заряд дорад. Бо зиёд шудани боркунии сатҳӣ миқдори моддаи фаъоле, ки ионҳо бояд ба он расанд, низ меафзояд. Аз ин рӯ, натиҷаи ҳуҷайраи тугмашакли камбор ва ҳуҷайраи пакетии бештар боршударо танҳо аз рӯи сутуни mAh g⁻¹ чун шароити баробар раддабандӣ кардан мумкин нест.

Дар манбаъ модели марказии математикӣ ё муодилаи рақамгузоришуда нест. Тавзеҳоти нормализатсияи ин ҷо таърифҳои омӯзишӣ мебошанд. Масалан, зарби ғунҷоиши mAh g⁻¹ ба боркунии сатҳии сулфури g cm⁻² ғунҷоиши сатҳии mAh cm⁻²-ро медиҳад. Агар боркунӣ бо mg cm⁻² дода шуда бошад, аввал ба грамм табдил дода мешавад. Нигоҳдории ғунҷоиш таносуби ғунҷоиши охирин ба ғунҷоиши ибтидоии интихобшуда дар ҳамон таҷриба аст; қимати ибтидоии баландтари таҷрибаи дигарро набояд ба ин таносуб гузаронд.

9. Реаксияҳои ибтидоии редокс ва муқоисаи мустақими 200-даврӣ

Дар расми 6a-и манбаъ қуллаҳои барқароршавӣ тақрибан дар атрофи 2.33 ва 2.07 V дида мешаванд. Ин ду марҳила ба занҷири табдили сулфур ба полисулфидҳои ҳалшаванда ва сипас намудҳои дорои сулфури камтар/ташаккули Li₂S нисбат дода мешаванд. Реаксияҳои оксидшавӣ тақрибан дар доираи 2.30–2.37 V арзёбӣ мешаванд. Қуллаҳои равшантар ва тамоюли камтари қутбиш дар ONCF якҷоя бо натиҷаҳои ҳуҷайраҳои симметрӣ рафтори мусоидтари редоксии сулфурро дастгирӣ мекунанд. Ин шиддатҳои тахминӣ барои ҳар ҷараён ва давр остонаҳои доимии реаксия нестанд.

Дар ченкуниҳои ибтидоии EIS нуқтаҳои буриши минтақаи омӣ ба ҳам наздиканд, аммо нимдоираи S@ONCF хурдтар аст. Ин нишон медиҳад, ки гарчанде саҳмҳои пайдарпайи баландбасомади ду ҳуҷайра монанданд, рафтори байнифазавии онҳо метавонад фарқ кунад. Азбаски манбаъ ҷадвали ададии муқовимат ё занҷири эквивалентии мутобиқшударо намедиҳад, аз график муқовимати дақиқи интиқоли заряд ё коэффитсиенти диффузияи иони литий бароварда нашудааст.

Дар ин санҷиш S@ONCF ҳам аз рӯи ғунҷоиши даври 200 ва ҳам нигоҳдории ғунҷоиш аз назорат болотар аст. Самаранокии кулонӣ дар манбаъ тақрибан %100 нишон дода шудааст. Самаранокии кулонӣ робитаи заряди гирифташуда ва додашударо дар як давр шарҳ медиҳад; нишон намедиҳад, ки ғунҷоиши ибтидоӣ дар тамоми даврҳо тағйир намеёбад. Ҳуҷайра метавонад бо ғунҷоиши камтар заряд гирифта, заряди монандро баргардонад. Бинобар ин самаранокии кулонии тақрибан %100 ва нигоҳдории ғунҷоиши %80.4 дар як таҷриба якҷоя вуҷуд дошта метавонанд.

Дар расми иловагии S12 каҷхатҳои заряддиҳӣ–разряди ҷараёни доимии даврҳои 1, 50, 100, 150 ва 200 муқоиса мешаванд. Меҳвари уфуқӣ ғунҷоиши хос ва меҳвари амудӣ шиддатро нишон медиҳад. Дарозии платоҳои разряд ба саҳми марҳилаҳои дахлдори табдил дар ғунҷоиш, фарқи шиддат байни заряддиҳӣ ва разряд бошад ба қутбиш вобаста аст. Профилҳои беҳтар нигоҳдоштаи S@ONCF графики ғунҷоишро аз ҷиҳати шакл дастгирӣ мекунанд. Аммо азбаски нуқтаҳои ададии каҷхатҳои аслӣ дода нашудаанд, ҳамаи платоҳо дар ин ҷо аз нав тавлид нашудаанд.

10. Бо зиёд шудани ҷараён чӣ қадар ғунҷоиш нигоҳ дошта мешавад?

Дар санҷиши суръатӣ ҷараён пайдарпай ба 0.2, 0.5, 1.0, 2.0 ва 3.0 A g⁻¹ бардошта шудааст. Бо зиёд шудани ҷараён ҳамон миқдори заряд бояд дар вақти кӯтоҳтар интиқол ёбад; аз ин рӯ дастрасии ион, пайвасти электронӣ ва табдили редокс дар шароити душвортар якҷоя санҷида мешаванд. Қиматҳои барои S@ONCF равшан додаи манбаъ дар зер оварда шудаанд.

Дар баландтарин ҷараёни гузоришшуда дар сатҳи 931.8 mAh g⁻¹ мондани ғунҷоиш нишон медиҳад, ки дар ин санҷиш қисми муҳими сулфур ҳангоми кори тезтар ҳам истифода мешавад. Ҳангоми боз ба 0.2 A g⁻¹ паст кардани ҷараён барқароршавии қавии ғунҷоиш гузориш шудааст. Аммо азбаски матни асосӣ барои марҳилаи бозгашт адади дақиқ намедиҳад, аз намуди график қимати нави дақиқ сохта нашудааст. NCF дар ҳамаи марҳилаҳои суръатӣ ғунҷоиши камтар нишон медиҳад; қиматҳои ададии панҷ марҳилаи он низ дар матн алоҳида дода нашудаанд.

Қимати 1359.2 mAh g⁻¹ дар нуқтаи 0.2 A g⁻¹-и санҷиши суръатӣ ва ибтидои 1269.7 mAh g⁻¹-и санҷиши 200-даврӣ ба силсилаҳои гуногуни таҷриба тааллуқ доранд. Ин ду ададро набояд чун нуқтаҳои пайдарпайи як каҷхат ё ду навишти як ченкунии ибтидоӣ якҷо кард. Расми иловагии S13 бо нишон додани профилҳои заряддиҳӣ–разряд дар марҳилаҳои суръатӣ тағйири платоҳо ва қутбишро дар ҷараёни баланд пурра мекунад.

11. Устувории дарозмуддати даврӣ: се ҷараён, се таҷрибаи алоҳида

Устувории дарозмуддат бо таҷрибаҳои алоҳида дар ҷараёнҳои 0.5, 1.0 ва 2.0 A g⁻¹ омӯхта шудааст. Азбаски шумораи давр ва ҷараён ҳамзамон тағйир меёбанд, ин натиҷаҳоро набояд сабти як ҳуҷайра донист, ки бо зиёд кардани ҷараён бефосила идома ёфтааст. Ҳар таносуби нигоҳдорӣ ба ибтидои худи силсилаи дахлдор тааллуқ дорад.

Манбаъ дар таҷрибаи 2.0 A g⁻¹ камшавии миёнаи ғунҷоишро ба ҳар давр тақрибан %0.0364 гузориш медиҳад. Ҳисоби одии миёна бо истифодаи танҳо нигоҳдории гирдкардашудаи %72.9 ва 750 давр тақрибан %0.0361 медиҳад. Барои дубора ҳосил кардани ин фарқи хурд ибтидои истифодашуда, доираи даврҳо ва маълумоти гирдкарданашуда лозиманд. Дар ин ҷо қимати %0.0364-и муаллифон нигоҳ дошта шуда, шарҳ дода шудааст, ки он қонуни доимии таназзул нест, ки талафи яксонро дар ҳар давр нишон диҳад.

Расми иловагии S14 профилҳои интихобшудаи заряддиҳӣ–разряди силсилаҳои даврии дарозро медиҳад. Якҷоя арзёбӣ кардани нигоҳдории ғунҷоиш ва шакли профил нисбат ба танҳо нуқтаи охирин маълумоти бештар медиҳад: марҳилаҳои табдили электрод ва тамоюли қутбиш низ пайгирӣ мешаванд. Аммо таҳқиқот шумораи такрорҳои мустақили ҳуҷайра, тақсимоти байни ҳуҷайраҳо ё фосилаҳои эътимодро равшан гузориш намедиҳад, аз ин рӯ ададҳо тақсимоти омории умр нестанд, ки ҳамаи партияҳои истеҳсолиро намояндагӣ кунанд.

12. Сатҳи катод пас аз даврҳо чӣ гуна тағйир меёбад?

XPS-и баъди даврҳо дар расми 7-и манбаъ ба катодҳое тааллуқ дорад, ки дар ҷараёни 0.2 A g⁻¹ 100 давр гузашта, то 1.7 V разряд шудаанд. Ин ҳолати намуна аз XPS-и ҳомили ибтидоӣ ҷудост. Санҷиш ташаккули қабати сатҳии бо номи фазаи мобайнии катод–электролит (CEI) ва тағйири сигналҳои вобаста ба сулфур, фтор, кобалт ва нитрогенро арзёбӣ мекунад.

Дар катоди разрядшуда CEI-и рӯйпӯши сатҳ метавонад сигнали XPS-и намудҳои сулфури зери онро суст кунад. Баровардан ва чайқондани намуна низ намоёнии намудҳои ҳалшавандаро тағйир дода метавонанд. Аз ин рӯ аз мушоҳидаи «дар XPS Li₂S равшан дида нашуд» хулосаи «батарея бе ташаккули Li₂S кор кард» баровардан мумкин нест. Интихобпазирии химиявии спектроскопияи сатҳ бояд бо он воқеият истифода шавад, ки ченкунӣ аз тамоми моддаи фаъол намуна намегирад.

Дар расми иловагии S15 муқоисаи EIS-и баъди даврҳо бо ҷавоби дорои ду камони хурдтар пас аз 100 давр арзёбӣ мешавад. Муаллифон инро бо фаъолшавии электрод ва тағйироти байнифазавии вобаста ба пардаи сатҳӣ муҳокима мекунанд. Азбаски мутобиқсозии занҷири эквивалентӣ ва муқовимати дақиқи ададӣ барои ҳар камон дода нашудааст, ду камонро ба қабатҳои муайян бебаҳс тақсим кардан мумкин нест. Импеданси ибтидоӣ ва баъди даврҳо ҳолатҳои гуногуни сатҳи як маводро нишон медиҳад.

Дар тасвирҳои SEM-и расми иловагии S16 сохтори ковокдори ONCF дар минтақаҳои мушоҳидашуда фарқшаванда аст. Ин бозёфт устувории каркасро дар тӯли табдил дастгирӣ мекунад. Аммо аз тасвирҳои минтақаҳои маҳдуд хулоса нашудааст, ки ҳаҷми сеченакаи ковокиҳои тамоми электрод тағйир наёфтааст ё ҳеҷ тарқиш нест. CEI-и дорои LiF, намуди нигоҳдоштаи ковокиҳо ва ғунҷоиши даврии дароз дар як чорчӯбаи тавзеҳӣ мувофиқанд; ҳар кадом умрро чӣ қадар зиёд кардааст, бо таҷрибаи алоҳида чен нашудааст.

Оё натиҷаи ҳуҷайраи пакетӣ нишон медиҳад, ки ин катод барои истифодаи тиҷоратӣ омода аст?

Натиҷаи ҳуҷайраи пакетӣ нишон медиҳад, ки катоди S@ONCF дар масоҳати калонтари электрод ва боркунии сулфури тақрибан 4.0 mg cm⁻² кор карда метавонад; ин тасдиқи анҷомёфта барои истифодаи тиҷоратӣ нест. Дар таҷриба литийи металлии тақрибан 500 µm ғафсӣ истифода шуда, таносуби электролит/сулфури хоси ҳуҷайраи пакетӣ равшан дода нашудааст ва зичии умумии энергияи ҳуҷайра гузориш нашудааст. Бинобар ин натиҷаи 300-даврӣ бояд далели устувории тартиби лаборатории зикршуда арзёбӣ шавад.

13. Ғунҷоиш ва боркунии сатҳии ҳуҷайраи пакетӣ

Андозаҳои катоди ҳуҷайраи пакетӣ 4.7 × 6.7 cm² ва боркунии сатҳии сулфур тақрибан 4.0 mg cm⁻² дода шудаанд. Як давр фаъолсозӣ бо ҷараёни 50 mA g⁻¹ анҷом шуда, сипас даврҳо дар доираи 1.7–2.8 V бо ҷараёни 200 mA g⁻¹, яъне 0.2 A g⁻¹ идома ёфтаанд. Ин санҷиш боркунии сатҳии баландтар аз 1.5–2.0 mg cm⁻²-и ҳуҷайраҳои тугмашакл дорад; коркарди ибтидоӣ низ фарқ мекунад.

Робитаи ғунҷоиши сатҳӣ ва хос дар ин натиҷа намоён аст: 4.0 mg cm⁻² ба 0.0040 g cm⁻² мувофиқ аст. Ҳангоми пайвастани қиматҳои ғунҷоиши хоси манбаъ бо ин боркунӣ онҳо бо ғунҷоишҳои сатҳии тақрибан 3.0 ва 2.2 mAh cm⁻² мувофиқанд. Ин тавзеҳ санҷиши нави ҳуҷайра нест; он пешниҳоди ҳамон натиҷаҳоро бо ду нормализатсияи гуногун аз ҷониби манбаъ фаҳмо мекунад.

Расми 8 ҳамчунин нишон медиҳад, ки ҳуҷайраи пакетӣ LED-и сурхро ҳам дар рӯшноии муҳит ва ҳам дар торикӣ фаъол мекунад. Намоиши LED мисоли визуалии кориест, ки ҳуҷайраи ҷамъшуда электр дода метавонад. Азбаски тавоноии LED, муддати кор ва ченкунии энергия бо массаи тамоми ҳуҷайра дода нашудааст, аксҳоро ҳамчун муқоисаи энергияи хос ё муддати кори дастгоҳи тиҷоратӣ истифода бурдан мумкин нест.

Литийи металлии ғафс ва қимати ошкорнашудаи E/S-и ҳуҷайраи пакетӣ барои арзёбии ҳудудҳои амалии ин марҳила ҳалкунандаанд. Таносуби 10 µL mg⁻¹-и барои ҳуҷайраи тугмашакл додашуда бе тавзеҳ ба ҳуҷайраи пакетӣ гузаронида нашудааст. Миқдори ками электролит, зиёдатии маҳдуди литий, массаи умумии ҳуҷайра, доираи васеи ҳарорат, газҳосилшавӣ ё рафтори бехатарӣ бо ин маҷмӯи маълумот тасдиқ нашудаанд. Натиҷа намоиши меъмории катод аст, ки санҷиши минбаъдаи ин шартҳоро маънодор месозад.

14. Маънои якҷояи натиҷаҳо ва саҳмҳои шарҳнаёфта

Тавзеҳи пешниҳодшудаи манбаъ ин аст, ки ковокиҳои мураттаб ва қабати нанолӯлавӣ минтақаҳои реаксияро дастрас ва аз ҷиҳати электрӣ пайваста нигоҳ медоранд. Сатҳҳои дорои нитроген/кобалт таъсири мутақобилаи полисулфидҳо бо ин минтақаҳо ва табдили онҳоро дастгирӣ мекунанд. Ҷавоби қавитари редокс дар ҳуҷайраҳои симметрӣ, рафтори беҳтари суръатӣ дар ҳуҷайраҳои тугмашакл ва намуди ковокиҳо пас аз даврҳо бо ин тавзеҳ мувофиқанд. Азбаски маълумоти сохтор, сатҳ ва ҳуҷайра ҳамсамтанд, хулоса ба як тасвири микроскопӣ ё танҳо як қимати ниҳоии ғунҷоиш такя намекунад.

Бо вуҷуди ин, таъсири ковокиҳои мураттаб, зичии нанолӯлаҳо, муҳитҳои пайвандии нитроген ва химияи сатҳии кобалт дар таҷриба пурра ҷудо нашудаанд. Силсилаҳои мустақили назоратии бе кобалт, бе нанолӯла ё бо химияи якхелаи сатҳ ва танҳо тартиби дигар пешниҳод нашудаанд. Аз ин рӯ, масалан, гуфтан мумкин нест, ки «фоизи муайяни беҳбудӣ танҳо аз марказҳои Co–N меояд». Хулосаи дастгирикардаи таҳқиқот ин аст, ки ҳомили якҷояи ONCF-и тайёршуда аз назорати истифодашудаи NCF беҳтар кор мекунад.

Ҳамин тавр, манбаъ гузаронандагии мустақими электрӣ, каҷукилебии ададии ковокиҳо, коэффитсиенти диффузияи иони литий, ғунҷоиши мустақили адсорбсия ё ҳисобҳои назариявии энергияи пайвастагиро пешниҳод намекунад. Ин хусусиятҳо мафҳумҳоеанд, ки муҳокимаи механизмро роҳнамоӣ мекунанд; ҳамчун ададҳои дар таҳқиқот ченшуда илова нашудаанд. Набудани сутунчаҳои хато, шумораи равшани ҳуҷайраҳои мустақил ва фосилаҳои эътимод дар натиҷаҳои даврӣ низ арзёбии миқдории такрорпазирии байни истеҳсолҳоро маҳдуд мекунад.

Хулосаи омӯзишии таҳқиқот ин аст, ки дар ҳомили сулфур таъсири мутақобилаи маҳаллии химиявӣ, дастрасии ковокиҳо ва пайвастҳои электронӣ бояд якҷоя тарҳрезӣ шаванд. Тартиби каркас танҳо ба доштани ҳаҷми аз ҳама калони ковокиҳо баробар нест; ғунҷоиши баланд худ аз худ нишон намедиҳад, ки тамоми ҳуҷайра зичии баланди энергия дорад. Маълумоти пешниҳодшуда дастгирӣ мекунад, ки меъмории мураттаби карбонии бо қабати нанолӯлавӣ пӯшонидашуда барои катодҳои устувори Li–S дар шароити лабораторӣ номзади қавӣ мебошад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Таҳқиқоти аслӣ ва муаллифон

Унвони пурраи аслӣ: A CNT-Sheathed 3D-Ordered N-Doped Carbon Framework Enabling Accelerated Polysulfide Conversion for Durable Li–S Batteries.

Тартиби аслии муаллифон: Manh Cuong Nguyen¹˒², Thi Huyen Nguyen¹, Zhifan Wang¹ ва Jaekyun Kim¹˒². Муаллифи масъул Jaekyun Kim аст; суроғаи тамос дар манбаъ jaekyunkim@hanyang.ac.kr дода шудааст. Изҳороти ҳаммуаллифии аввал ё саҳми баробар муайян нашудааст.

Нусхаи манбаъ: Файли боршудаи 70-саҳифагии “muhendislik (109).pdf” дар саҳифаҳои матни асосӣ навиштаи “Preprint not peer reviewed” дорад. Ин мақолаи туркӣ ба маълумоти ҳамин пешчоп, ки бе арзёбии ҳамтоён қайд шудааст, асос меёбад. Пайванди сабти дар PDF нишондодашуда SSRN 6945788 мебошад. Азбаски дастрасӣ ба саҳифаи расмии сабт ва мутобиқсозии мустақили библиографӣ анҷом наёфтааст, санаи нашр, DOI, номи маҷалла ва нусхаҳои эҳтимолан баъдтар нашршуда тасдиқ нашудаанд. Санаҳои сохтан ё тағйир додан дар хусусиятҳои файли PDF ба ҷойи санаи нашр истифода нашудаанд.

Иҷозатнома: Дар файли боршуда иҷозатномаи равшани истифодаи дубора нест. Тасвирҳои аслии SEM, TEM, XPS ва дигар расмҳо ба ин мақола нусхабардорӣ нашудаанд. Се график аз ададҳои дар матни асосӣ равшан гузоришшуда ҳамчун чизмаҳои нав омода шудаанд; ҷараёни истеҳсол бошад ҳамчун схемаи консептуалии асосёфта ба усули манбаъ пешниҳод шудааст. Маълумоти таҳқиқоти манбаъ ва истинод ба муаллифон нигоҳ дошта шудаанд.

Доираи баррасишуда ва пайгирии расмҳо

70 саҳифаи PDF баррасӣ шудаанд. 45 саҳифаи аввал матни асосӣ, адабиёт ва расмҳои асосиро; 25 саҳифаи охир нусхаҳои калони расмҳои асосӣ ва расмҳои иловагии S1–S17-ро дар бар мегиранд. Баровардани матн бо баррасии визуалии расмҳо якҷоя истифода шудааст. Мутобиқсозии зер ёфтани тавзеҳоти илмии тасвирҳои мақоларо дар манбаъ осон мекунад. Саҳифаҳо тартиби саҳифаҳои PDF-ро нишон медиҳанд.

Ҷадвалҳои S1–S4, ки дар матни асосӣ ба онҳо истинод шудааст, дар файли боршуда нестанд; дар PDF ҳам файли иловагии дарунсохт нест. Бо истинод ба ин ҷадвалҳо масоҳати сатҳ, ҳаҷми ковокиҳо ва саҳмҳои XPS, ки дар матни асосӣ равшан навишта шудаанд, оварда шудаанд. Ҳуҷайраҳои пурраи ҷадвалҳои дастнорас, тамоми таносубҳои ҷузъҳои Co ё муқоисаи адабиёти S4 пурра карда нашудаанд. Аз ин рӯ, мавқеи қатъии самаранокии таҳқиқот дар байни дигар ҳомилҳо дар асоси ин ҷадвали норасо эълон намешавад.

Азнавкашии ададӣ танҳо ба нуқтаҳои гузоришшуда ва қиматҳои ҷадвалҳо асос меёбад. Азбаски маълумоти хоми ададии каҷхатҳои CV, EIS, TGA, XPS ва заряддиҳӣ–разряд дастрас нашудааст, нуқтаҳои мобайнӣ, фосилаҳои хато ё параметрҳои мутобиқсозӣ сохта нашудаанд. Робитаи ду марҳилаи талафи TGA бо миқдори умумӣ, ҳудуди гирдкунии суръати камшавӣ ба ҳар давр ва нишонаи миқёси S1 дар бахшҳои дахлдор равшан зикр шудаанд. Ба бозёфтҳои илмӣ аз манбаъҳои берунӣ натиҷаи нави таҷриба илова нашудааст.

Изҳороти саҳм, дастгирӣ ва маълумот

Маблағгузорӣ ва сипосгузорӣ: Манбаъ дастгирии Korea Basic Science Institute (National Research Facilities and Equipment Center)-ро, ки Вазорати маорифи Корея маблағгузорӣ кардааст, бо рақамҳои лоиҳаҳои 2021R1A6C101A405 ва RS-2025-00573574 гузориш медиҳад. Ба Next Generation Display Research Core Facility дар таркиби Hanyang University ERICA барои дастгирии истифодаи SEM S4700 сипосгузорӣ шудааст.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор мекунанд, ки манфиатҳои молиявии рақобатии маълум ё робитаҳои шахсие надоранд, ки ба таҳқиқот таъсир расонанд.

Дастрасӣ ба маълумот: Гуфта шудааст, ки маълумот бо дархост дода мешавад. Дар манбаи боршуда анбори кушодаи маълумоти хом бо пайванд пешниҳод нашудааст. Маълумоти азнавкашии ин матни туркӣ ададҳои равшан гузоришкардаи манбаъро танзим мекунад; ҷойи файлҳои хоми ченкунии нашршуданашудаи таҳқиқотро намегирад.

Усули омодасозии туркӣ: Ин матн барои Verianla мушкилот, синтез, тавсиф, тартиби ҳуҷайра, натиҷаҳо ва ҳудудҳои тафсири таҳқиқоти манбаъро дар сохтори омӯзишӣ бозбаён мекунад. Рақамҳои ҷадвал ва графикҳо ба ҳамин мақолаи туркӣ тааллуқ доранд; ибораҳои «расми манбаъ» ва «расми иловагӣ» PDF-и аслиро нишон медиҳанд. Нуқтаи даҳӣ дар ададҳо, воҳидҳои илмӣ ва рамзҳои намунаҳо пайваста нигоҳ дошта шудаанд.