Тадқиқоти академӣ, забони фаҳмо

Verianla | Тадқиқоти академӣ ва илм ба забони тоҷикӣ

27 сентябр 2026, якшанбе
VERİANLAНашри мустақили илмӣ
Кушодан ё бастани меню
...
Саҳифаи асосӣ / Илмҳои амалӣ / Муҳандисӣ / Катоди Композитии CFx-и Модификацияшуда бо Fullerol ва Ноқилияти Беҳтаршудаи Интерфейс барои Батареяҳои Якдафъаинаи Li/CFx-и Қувваи Баланд
Муҳандисӣ

Катоди Композитии CFx-и Модификацияшуда бо Fullerol ва Ноқилияти Беҳтаршудаи Интерфейс барои Батареяҳои Якдафъаинаи Li/CFx-и Қувваи Баланд

Таҳқиқот карбони фторонидашуда (CFx)-ро, ки бо вуҷуди зичии хеле баланди назариявии энергия аз сабаби ноқилияти сусти электронӣ ва кинетикаи сусти интиқоли Li+ дар татбиқҳои қувваи баланд маҳдуд мешавад, бо C60(OH)n fullerol тавассути муҳандисии интерфейсии безарар такмил медиҳад.

14/08/2026  Veri Anla 23 боздид
Катоди Композитии CFx-и Модификацияшуда бо Fullerol ва Ноқилияти Беҳтаршудаи Интерфейс барои Батареяҳои Якдафъаинаи Li/CFx-и Қувваи Баланд

Таҳқиқот карбони фторонидашуда (CFx)-ро, ки бо вуҷуди зичии хеле баланди назариявии энергия аз сабаби ноқилияти сусти электронӣ ва кинетикаи сусти интиқоли Li+ дар татбиқҳои қувваи баланд маҳдуд мешавад, бо C60(OH)n fullerol тавассути равиши муҳандисии интерфейсии безарар такмил медиҳад. Молекулаҳои C60(OH)n бо коркарди дастгиришавандаи ултрасадо тавассути пайвандҳои гидрогенӣ ба сатҳи CFx пайваст карда шудаанд; ҳадаф осон кардани интиқоли электрон ва Li+ бидуни вайрон кардани мустақими каркаси фаъоли C-F мебошад. Таркиби муваффақтарин, CFx-1, дар 7 C иқтидори хоси 661,22 mAh·g−1 дода ва ҳатто дар суръати баланди разряди 20 C иқтидори 277,09 mAh·g−1 таъмин кардааст. Дар 10 C нисбат ба CFx-и хом афзоиши иқтидори хос %14 ва афзоиши энергияи хос %60 гузориш шудааст. Дар бахши натиҷавии кор барои композит қобилияти разряди баланди 20 C ва зичии қувваи 28.273 W·kg−1 оварда шудааст. Бо вуҷуди ин, натиҷаҳо дар ҳуҷайраҳои тугмачагии лаборатории CR2032 ба даст омадаанд; ҳуҷайраи калон, нигоҳдории дарозмуддат, бехатарӣ ё иҷрои миқёси тиҷоратӣ бо ин таҷрибаҳо тасдиқ нашудааст.

Ҳангоми арзёбии якҷояи характеристикаи таҷрибавӣ ва ҳисобҳои назарияи функсионалии зичӣ (Density Functional Theory, DFT), пешниҳод мешавад, ки модификасияи fullerol танҳо рӯйпӯши физикӣ эҷод намекунад; балки байни CFx ва C60(OH)n бозтақсимшавии заряди интерфейсӣ ба вуҷуд меояд. Дар натиҷаҳои XPS миқдори C=C аз %11,71 ба %15,60 ва ҳиссаи C-F-и ним-ионикӣ аз %3,13 ба %3,53 афзудааст. Дар ҳисобҳои DFT зиёд шудани ҳолатҳои электронӣ атрофи сатҳи Fermi ва танг шудани фосилаи банд мушоҳида мешавад. Муҳаққиқон ин натиҷаҳоро бо беҳтар шудани интиқоли электрон дар CFx ва кинетикаи реаксияи электрохимиявӣ алоқаманд мекунанд.

Аҳамият барои Туркия: Таҳқиқот дар Туркия анҷом нашудааст ва натиҷаҳои ҳуҷайраи CR2032 набояд мустақиман ба ягон системаи воқеии батарея дар Туркия интиқол дода шаванд. Бо вуҷуди ин, равиши беҳтар кардани ноқилияти интерфейсӣ бидуни сарфи назарраси миқдори фтори фаъол дар таҳқиқоти батареяҳои якдафъаинаи Li/CFx, ки қувваи баланд талаб мекунанд, як усули тарҳрезии маводро пешниҳод мекунад, ки метавонад дар корҳои маҳаллии R&D оид ба батарея ва манбаъҳои махсуси қувва санҷида шавад. Дар чунин мутобиқсозӣ андозаи ҳуҷайра, электролит, ашёи хоми CFx, тозагӣ ва тақсимшавии fullerol, раванди истеҳсоли электрод, доираи ҳарорат, бехатарӣ ва муҳлати нигоҳдорӣ бояд алоҳида санҷида шаванд.

Мушкилоти асосии таҳқиқот чист?

Бартарии асосии батареяҳои якдафъаинаи Li/CFx зичии баланди энергия аст. Дар кор иқтидори хоси назариявии CFx 865 mAh·g−1 ва зичии назариявии энергия 2180 Wh·kg−1 дода шудааст. Аммо пайвандҳои қавии ковалентии C-F дар карбони фторонидашуда CFx-ро аз ҷиҳати барқӣ хеле изолятсионӣ мекунанд. Ин ба таъхири шиддат, коҳиши иқтидори амалӣ ва махсусан маҳдуд шудани иҷрои қувва дар суръатҳои баланди разряд оварда мерасонад.

Барои беҳтар кардани иҷрои баландсуръати CFx метавон defluorination-и сатҳӣ, плазма, радиатсия ё коркарди химиявиро истифода бурд. Аммо тибқи нуқтаи ибтидоии таҳқиқот, баъзе аз ин усулҳо ҳангоми баланд кардани ноқилият метавонанд пайвандҳои фаъоли C-F-ро шикаста, боиси аз даст додани қисми иқтидори баланди CFx шаванд.

Аз ин рӯ, саволи асосии таҳқиқот чунин аст: Оё ҳангоми то ҳадди имкон нигоҳ доштани каркаси фторокарбонии CFx, ки энергияи баланд медиҳад, интиқоли электронии интерфейс ва кинетикаи Li+-ро беҳтар кардан мумкин аст?

Чаро fullerol интихоб шуд?

C60(OH)n ҳосилаи сифрченакаи C60 бо гурӯҳҳои гидроксил мебошад. Дар fullerol-и тиҷоратии истифодашуда қимати n дар доираи 16–22 аст. Гурӯҳҳои сершумори гидроксилии молекула метавонанд бо минтақаҳои дорои фтор дар сатҳи CFx пайванди гидрогенӣ ташкил кунанд, дар ҳоле ки қафаси карбон метавонад барои ҳамкории электронӣ интерфейси функсионалӣ эҷод кунад.

Дар механизми пешниҳодшудаи муҳаққиқон C60(OH)n ба ҷойи шикастани мустақими каркаси C-F ба CFx ба таври ғайриковалентӣ мечаспад. Ҳамин тавр се таъсири ҳамдигарро пуркунанда ҳадаф қарор мегиранд:

  • эҷоди роҳҳои пайвастатари интиқоли электрон байни зарраҳои CFx,
  • дастгирии интиқоли Li+ бо беҳтар кардани таршавии электролит тавассути гурӯҳҳои гидроксил,
  • танзими муҳити электронии пайвандҳои C-F ба самти хусусияти реактивитар тавассути интиқоли заряди интерфейсӣ.

Маводи композитӣ чӣ гуна омода шуд?

C60(OH)n (n=16–22; дар манбаъ қимати миёнаи гидроксил 26 mg KOH·g−1 дода шудааст) дар 80 mL N,N-диметилформамид (DMF) бо омехтакунии қавӣ ҳал карда шуд. CFx-и тиҷоратӣ алоҳида дар DMF бо истифода аз гомогенизатори ултрасадои 1000 W барои 2 соат дисперсия карда шуд. Пас аз центрифугакунии омехта фазаи сахт гирифта, бо %95 этанол шуста ва дар 60 °C зери вакуум хушк карда шуд.

Бо тағйир додани таносуби массаи CFx:C60(OH)n се композит омода карда шуд:

НамунаТаносуби массаи CFx : C60(OH)n
CFx-0.5100 : 0,5
CFx-1100 : 1
CFx-3100 : 3

Verianla Live: Ҷараёни омодасозии композити Fullerol–CFx

Ин намоиши раванд ба бахши таҷрибавии кор ва тартиби воқеии истеҳсол дар Расми 1(a) асос ёфтааст. Ягон марҳилаи иловагии коркард ё вақт, ки дар манбаъ нест, сохта нашудааст.

МарҳилаШарҳМанбаъ
1. Омодасозии маҳлули fullerolC60(OH)n дар 80 mL DMF бо омехтакунии қавӣ ҳал карда мешавад.Бахши 2.1 ва Расми 1(a)
2. Дисперсияи ултрасадоии CFxCFx дар DMF бо гомогенизатори ултрасадоии 1000 W барои 2 соат дисперсия мешавад.Бахши 2.1 ва Расми 1(a)
3. Анкеркунии интерфейсC60(OH)n ва CFx якҷо карда шуда, ҳамкории сатҳии дастгиришавандаи ултрасадо ба вуҷуд оварда мешавад.Расми 1(a-b)
4. Центрифугакунӣ ва шустанФазаи сахт бо центрифуга ҷудо ва бо %95 этанол шуста мешавад.Бахши 2.1
5. Хушккунӣ дар вакуумКомпозит дар 60 °C дар печи вакуумӣ хушк карда мешавад.Бахши 2.1
 

Расми 1 кадом механизмро нишон медиҳад?

Қисми дуюми Расми 1 ба таври схемавӣ пайваст шудани C60(OH)n-и бой аз гидроксил ба сатҳи CFx тавассути пайвандҳои гидрогенӣ ва баъдан тағйир ёфтани тақсимоти зичии электрон дар интерфейсро нишон медиҳад. Ҳамон расм инчунин шарҳ медиҳад, ки катоди модификацияшудаи CFx чӣ гуна дар ҳуҷайраи Li/CFx ҳамроҳ бо аноди литийи металлӣ ҷойгир мешавад.

Ин схема роҳи электронии мустақиман таҷрибавӣ тасвиршуда нест; он модели механизмест, ки муҳаққиқон бо характеристикаи спектроскопӣ ва ҳисобҳои DFT дастгирӣ кардаанд.

Сохтори кристаллӣ ва гурӯҳҳои функсионалӣ чӣ гуна тағйир ёфтанд?

Дар натиҷаҳои XRD дида мешавад, ки CFx-и хом ва намунаҳои CFx-0.5, CFx-1 ва CFx-3 дар тақрибан 12,6°, 26° ва 41° мутаносибан инъикосҳои (001), (002) ва (100)-ро нигоҳ доштаанд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки пас аз илова кардани fullerol хусусиятҳои асосии сохтории CFx комилан аз байн нарафтаанд.

Бо зиёд шудани миқдори C60(OH)n шиддати қуллаи (001)-и вобаста ба C-F умуман коҳиш ёфта, дар намунаҳои модификацияшуда қуллаи (002) ба кунҷи пасттари дифраксия кӯчидааст. Муҳаққиқон ин кӯчишро бо зиёд шудани фосилаи байниқабатӣ алоқаманд карда, баррасӣ мекунанд, ки он метавонад ба интиқоли Li+ ё Li+-и солватшуда кӯмак кунад.

Муҳим аст, ки дар CFx-3 қуллаи (001) нисбат ба CFx-1 тамоюли дубора боло рафтан нишон медиҳад. Манбаъ инро ба он нисбат медиҳад, ки дар консентратсияи баланди fullerol молекулаҳо ба ҷойи дисперсияи алоҳида байни худ агрегатсия мекунанд. Ин мушоҳида нишон медиҳад, ки муносибати хаттии “fullerol бештар ҳамеша беҳтар аст” вуҷуд надорад.

Далели спектроскопии пайванди гидрогенӣ чист?

Дар ченкуниҳои FT-IR банди қавӣ дар тақрибан 1215 cm−1 ба кашиши ковалентии C-F нисбат дода шудааст. Тақрибан 1088 cm−1 бо C-F-и ним-ионикӣ, 1328 cm−1 бо C-F2/C-F3-и перфторшуда ва 1630 cm−1 бо ларзиши ароматии C=C алоқаманд карда шудаанд.

Бандҳои кашиши O-H барои CFx-и хом, CFx-0.5, CFx-1 ва CFx-3 мутаносибан дар тақрибан 3452, 3438, 3437 ва 3433 cm−1 мушоҳида шудаанд. Ин кӯчиш ба адади мавҷи пасттар, ки бо модификасия ба вуҷуд омадааст, аз ҷониби муҳаққиқон ҳамчун нишондиҳандаи ҳамкории пайванди гидрогенӣ байни гурӯҳҳои гидроксилии fullerol ва намудҳои фтор дар сатҳи CFx тафсир шудааст.

XPS дар муҳити электронии пайвандҳои C-F чӣ нишон дод?

Ҷудокунии XPS нишон медиҳад, ки дар намунаи CFx-1 таносуби баъзе намудҳои пайванди карбон тағйир ёфтааст. Компоненти C=C, ки дар CFx-и хом %11,71 буд, дар CFx-1 ба %15,60 ва компоненти C-F-и ним-ионикӣ аз %3,13 ба %3,53 афзудааст. Дар муқобил, гуфта мешавад, ки намудҳои C-F-и ковалентӣ ва перфторшуда тамоюли коҳиш нишон додаанд.

Дар таҳлили O 1s компоненти оксигени гидроксил аз %39,66 ба %53,43 афзудааст. Ин тағйирот мавҷудияти fullerol дар сатҳ ва тағйир ёфтани интерфейси химиявии CFx-ро дастгирӣ мекунанд.

Дар ин ҷо ҳади муҳими тафсир вуҷуд дорад: тағйири таносубҳои XPS худ аз худ исбот намекунад, ки афзоиши иҷрои батарея танҳо аз як навъи муайяни пайванд сарчашма мегирад. Муҳаққиқон XPS, FT-IR, ченкуниҳои электрохимиявӣ ва натиҷаҳои DFT-ро якҷо истифода бурда, механизми интерфейсро пешниҳод мекунанд.

Тасвирҳои HRTEM чӣ нишон медиҳанд?

Дар Расми 3 гуфта мешавад, ки CFx-и хом ва C60(OH)n хусусияти маъмулии аморфӣ нишон медиҳанд. Дар тасвирҳои CFx-1 мушоҳида мешавад, ки нанозарраҳои C60(OH)n дар минтақаҳои сатҳӣ ва зери сатҳи CFx паҳн шудаанд. Муҳаққиқон ин сохторро ҳамчун қабати модификацияи гетерогенӣ бо ламеллаҳои кӯтоҳмасофаи карбон тавсиф мекунанд.

Ёддошти дохилии манбаъ: Дар шарҳи Расми 3 панелҳои CFx-1 ҳамчун “(g-f)” навишта шудаанд. Тартиби воқеии панелҳои намоён (g), (h) ва (i) аст. Ин номувофиқии таҳрирӣ ҳамон тавре ки дар манбаъ ҳаст, қайд шудааст.

Таркиби оптималӣ барои иҷрои электрохимиявӣ кадом аст?

CFx-1 дар байни се миқдори fullerol, ки дар кор омӯхта шуданд, мутавозинтарин иҷрои баландсуръатро нишон дод. CFx-и хом дар 0,01 C иқтидори хоси 803,67 mAh·g−1 ва платои разряди тақрибан 2,66 V дод; аммо бо зиёд шудани суръати разряд иқтидор ва шиддат зуд коҳиш ёфтанд.

Иқтидорҳои хоси ченшудаи катодҳои модификацияшуда дар 7 C чунинанд:

Verianla Live: Таъсири миқдори fullerol ба иқтидори хос дар 7 C

График танҳо се қимати дақиқи иқтидорро истифода мебарад, ки дар матни натиҷаҳои кор ошкоро дода шудаанд. Азбаски қимати 7 C-и CFx-и хом дар матн ҳамчун рақами дақиқ дода нашудааст, ба ин ҷадвал илова нашудааст.

КатодИқтидори хос (mAh·g−1)ШароитМанбаъ
CFx-0.5593,77Разряди 7 CРасми 4 ва Бахши 3
CFx-1661,22Разряди 7 CРасми 4 ва Бахши 3
CFx-3538,85Разряди 7 CРасми 4 ва Бахши 3
 

Қимати 661,22 mAh·g−1-и CFx-1 баландтарин иқтидори 7 C дар байни ин се композит аст. Гузориш шудааст, ки суръати максималии разряди санҷидашуда барои CFx-0.5 ва CFx-1 ба 20 C расида, CFx-1 дар 20 C тавонистааст 277,09 mAh·g−1 иқтидор диҳад.

Чаро CFx-3 беҳтар нашуд?

Баланд кардани миқдори fullerol то таносуби 100:3 иҷроишро бештар беҳтар накард. Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки C60(OH)n-и зиёдатӣ дар сатҳи CFx қабати аморфии аз ҳад ғафс ва хеле cross-linked эҷод мекунад; ин интиқоли Li+-ро монеъ шуда, қисми интерфейси фаъолро корношоям мекунад.

Ин натиҷа нишон медиҳад, ки модификасияи интерфейс ба миқдори оптималӣ ниёз дорад: fullerol-и хеле кам шабакаи кофии интиқолро намесозад, дар ҳоле ки миқдори хеле зиёд метавонад ба монеаи нави интиқол табдил ёбад.

Импеданси электрохимиявӣ чӣ нишон дод?

Нимдоираи басомади баланди каҷҳои EIS Nyquist бо муқовимати интиқоли заряд (Rct) дар интерфейси электрод-электролит ва думи Warburg дар минтақаи басомади паст бо интиқоли Li+ алоқаманд карда шудааст. CFx-1 дар байни намунаҳои омӯхташуда хурдтарин Rct-ро нишон дод.

Дар хулосаи кор гуфта мешавад, ки муқовимати интиқоли заряди композити C60(OH)n–CFx то %75-и қимати CFx-и хом паст карда шудааст. Ин ифода маънои “%75 коҳиш” надорад; манбаъ натиҷаро ҳамчун поён рафтани қимат то сатҳи %75-и маводи хом медиҳад.

Коҳиш ёфтани ибтидоии қиматҳои Rct ҳам барои CFx-и хом ва ҳам CFx-1 бо пешрафти разряд бо пайдо шудани фазаи ноқили карбон дар вақти реаксия ва эҷоди роҳҳои нави электронӣ шарҳ дода мешавад. Аммо гузориш шудааст, ки вақте умқи разряд аз %80 мегузарад, муқовимати CFx-1 боз афзоиш меёбад. Манбаъ инро ба ҷамъшавии маҳсулоти изолятсионии LiF дар интерфейси C60(OH)n–CFx ва бастани роҳҳои электрон ва Li+ нисбат медиҳад.

Диффузияи Li+ чӣ гуна арзёбӣ шуд?

Дар ченкуниҳои техникаи титркунии фосилавии галваностатикӣ (Galvanostatic Intermittent Titration Technique, GITT), ҳуҷайраҳо дар 0,1 C барои 20 дақиқа разряд карда шуда, баъдан 240 дақиқа дар ҳолати занҷири кушода истироҳат дода шудаанд. Дар доираи потенсиали 1,5–2,5 V барои CFx-и хом ва се электроди модификацияшуда коэффициентҳои диффузияи Li+ тақрибан дар доираи 10−10–10−7 cm²·s−1 қарор доштаанд.

Бо паст шудани потенсиали разряд коэффициенти ҳисобшудаи диффузияи Li+ умуман афзудааст. Муҳаққиқон ин рафторро ба он нисбат медиҳанд, ки ҳангоми разряд аз CFx фазаи ноқилтари карбон ба вуҷуд меояд ва монеаи интиқоли электронро кам мекунад.

Ҳисобҳои DFT ба механизм чӣ илова мекунанд?

Ҳисобҳои назарияи функсионалии зичӣ бо Vienna Ab initio Simulation Package (VASP) анҷом дода шудаанд. Модели CFx-и хом ҳамчун як қабат аз 112 атоми карбон ва 112 атоми фтор сохта шуда, барои модели fullerol ба қафаси C60 16 гурӯҳи гидроксил пайваст карда шуда, C60(OH)16 истифода шудааст.

Параметри DFTҚимати додаи манбаъ
НармафзорVASP
РавишGGA-PBE
Энергияи буриши мавҷи ҳамвор600 eV
Ҳамгароии энергияи умумӣ1 × 10−6 eV
Меъёри максималии қувваи ионӣДар манбаъ ҳамчун −0,01 eV·Å−1 навишта шудааст
Фосилаи вакуум12 Å
Шабакаи k-нуқта1 × 1 × 1

Дар Расми 6(c) ҷойгир шудани сатҳи Fermi-и CFx-и хом дар дохили фосилаи банд бо рафтори электронии монанди нимноқил алоқаманд карда шудааст. Ҳангоми илова кардани C60(OH)16 фосилаи банд танг шуда ва ҳолатҳои электронӣ назди сатҳи Fermi ғанӣ шудаанд.

Дар харитаи зичии заряди дифференсиалии Расми 6(d) камшавии электрон дар атрофи гурӯҳҳои гидроксилии fullerol ва ҷамъшавии электрон дар сатҳи карбони фторонидашуда, ки мустақиман бо fullerol тамос дорад, нишон дода шудааст. Муҳаққиқон инро ҳамчун тамоюли интиқоли зичии электрон аз C60(OH)16 ба минтақаи ҳамсояи карбони фторонидашуда тафсир мекунанд.

Ин ҳисоб исбот намекунад, ки дар батареяи воқеан коркунанда ҳар молекула айнан ҳамон тартиби геометриро ба вуҷуд меорад. Модели DFT барои натиҷаҳои спектроскопӣ ва электрохимиявии таҷрибавӣ шарҳи эҳтимолии механизми атомӣ-электрониро пешниҳод мекунад.

Иҷрои энергия ва қувва

CFx-1 нисбат ба CFx-и хом махсусан дар суръатҳои баланди разряд бартарӣ нишон дод. Дар кор дар 10 C афзоиши иқтидори хоси CFx-1 %14 ва афзоиши энергияи хос %60 гузориш шудааст. Дар бахши натиҷа гуфта мешавад, ки композити C60(OH)n–CFx метавонад ба суръати баланди разряди 20 C расад ва 28.273 W·kg−1 зичии қувва таъмин кунад.

Маънои ин натиҷаҳо он нест, ки “тамоми компромисси байни зичии энергия ва зичии қувва бартараф шудааст”. Кор дар таносубҳои муайяни мавод, шароити муайяни омодасозии электрод ва сохтори ҳуҷайраи CR2032 иҷрои беҳтари баландсуръатро нишон медиҳад.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ мекунад

  • C60(OH)n метавонад ба сатҳи CFx тавассути ҳамкориҳои ғайриковалентии асосан пайванди гидрогенӣ пайваст шавад.
  • Сохтори асосии фторокарбонии CFx пас аз модификасия то андозаи зиёд нигоҳ дошта мешавад.
  • Модификасияи fullerol муҳити электронии маҳаллии пайвандҳои C-F-ро тағйир медиҳад.
  • CFx-1 дар байни таносубҳои fullerol-и омӯхташуда беҳтарин иҷрои электрохимиявии баландсуръатро нишон медиҳад.
  • Муқовимати интиқоли заряди CFx-1 аз CFx-и хом пасттар аст.
  • CFx-1 дар 20 C тавонистааст 277,09 mAh·g−1 иқтидор диҳад.
  • Дар 10 C нисбат ба CFx-и хом афзоиши энергияи хос %60 гузориш шудааст.
  • Натиҷаҳои DFT бо бозтақсимшавии заряд ва тангшавии фосилаи банд дар интерфейси fullerol–CFx мувофиқанд.

Натиҷаҳое, ки кор дастгирӣ намекунад ё насанҷидааст

  • Кор батареяи барқгирандаи Li/CFx таҳия намекунад; системаи омӯхташуда батареяи якдафъаина аст.
  • Натиҷаҳо муваффақияти ҳуҷайраи формати калон ё бастаи батареяи тиҷоратиро нишон намедиҳанд.
  • Муҳлати дарозмуддати раф ва иҷрои нигоҳдорӣ дар тӯли солҳо таҷрибавӣ тасдиқ нашудааст.
  • Иҷро дар доираи васеи ҳарорат нишон дода нашудааст; санҷишҳои электрохимиявӣ дар 25 °C анҷом дода шудаанд.
  • Санҷишҳои бехатарӣ, thermal runaway ё abuse пешниҳод нашудаанд.
  • Нишон дода нашудааст, ки бо зиёд шудани миқдори fullerol иҷро пайваста меафзояд; CFx-3 баръакс коҳиши иҷро нишон медиҳад.
  • Модели DFT сохтори атомии ҳамаи интерфейсҳои дохили электроди воқеиро мустақиман чен намекунад.
  • Зичии қувваи 28.273 W·kg−1 натиҷаи электрод/ҳуҷайраи лабораторӣ аст ва наметавонад мустақиман ба сатҳи бастаи тиҷоратӣ умумӣ карда шавад.

Усул ва Натиҷаҳои Кор

Характеризатсияи мавод

УсулДастгоҳ / шароитҲадаф
SEMSirion 200 FEIМорфологияи сатҳ ва зарра
XRDUltima IVХусусиятҳои кристаллӣ/сохторӣ
FT-IRThermo Fisher Scientific Nicolet iS5Гурӯҳҳои функсионалӣ ва ларзишҳои пайванд
XPSThermo Scientific K-AlphaҲолатҳои унсур ва пайванди химиявӣ
HRTEMJEM-F200, 200 kVСохтор ва морфологияи наномиқёс
RamanLabRAM HR Evolution, 532 nm; 500–4000 cm−1Характеризатсияи молекулавӣ/сохторӣ

Омодасозии электрод ва ҳуҷайраи CR2032

Катодҳо бо омехта кардани маводи фаъол, Super P ва поливинилиден фторид (PVDF) бо таносуби массаи 8:1:1 омода шуданд. Омехта дар N-метил-2-пирролидон (NMP) ба slurry-и якхела табдил дода шуда, рӯи фолгаи алюминий пӯшонида ва хушк карда шуд.

Монтажи ҳуҷайра дар glove box анҷом дода шуд, ки сатҳҳои H2O ва O2 ҳар кадом зери 0,1 ppm нигоҳ дошта мешуданд. Шиддати қатъи разряд 1,5 V муайян шуд.

Шароити ченкунии электрохимиявӣ

СанҷишШароит
Разряди ҷараёни доимӣ25 °C; шиддати қатъи 1,5 V
GITT0,1 C; импулси ҷараёни 20 дақиқа + истироҳати занҷири кушода 240 дақиқа
EIS0,01–100.000 Hz
Навъи ҳуҷайраCR2032

Натиҷаҳои асосии миқдорӣ

ЧенкунӣНатиҷаКонтекст
Иқтидори хоси CFx-и хом803,67 mAh·g−10,01 C
Платои шиддати CFx-и хом2,66 V0,01 C
Иқтидори CFx-0.5593,77 mAh·g−17 C
Иқтидори CFx-1661,22 mAh·g−17 C
Иқтидори CFx-3538,85 mAh·g−17 C
Иқтидори CFx-1277,09 mAh·g−120 C
Афзоиши иқтидори хоси CFx-1%14Нисбат ба CFx-и хом, 10 C
Афзоиши энергияи хоси CFx-1%60Нисбат ба CFx-и хом, 10 C
Зичии баланди қувваи гузоришшуда28.273 W·kg−1Барои композити C60(OH)n–CFx дар бахши натиҷаи кор

Муносибати сохтор-иқтидор

Ҳангоми арзёбии якҷояи натиҷаҳои таҷрибавӣ ва ҳисобии кор пешниҳод мешавад, ки иҷрои оптималӣ аз як механизм не, балки аз омезиши чанд таъсири интерфейсӣ сарчашма мегирад. Пайвандҳои гидрогенӣ fullerol-ро дар сатҳи CFx устувор нигоҳ медоранд, гурӯҳҳои гидроксил таршавиро дастгирӣ мекунанд, сохторҳои fullerol ба пайвасти электронии байни зарраҳо саҳм мегузоранд ва бозтақсимшавии заряди интерфейсӣ хусусияти электронии пайвандҳои C-F-ро тағйир медиҳад.

Аммо натиҷаи CFx-3 нишон медиҳад, ки ин механизм доираи оптималӣ дорад. Рӯйпӯши хеле зичи fullerol барои гузариши Li+ монеаи нав эҷод карда, иҷроишро аз CFx-1 пасттар кардааст.

Номуайяниҳои таҳрирӣ ва методологии дохили манбаъ

  • Дар шарҳи Расми 3 панелҳои CFx-1 ҳамчун “(g-f)” дода шудаанд; расми намоён аз панелҳои (g-i) иборат аст.
  • Гарчанде ҷудокунии C 1s ҳамчун “чор ҳолати гуногун” тавсиф шудааст, дар матн панҷ компонент: C=C, C-C, C-F-и ним-ионикӣ, C-F-и ковалентӣ ва C-F2/C-F3-и перфторшуда номбар мешаванд.
  • Дар муҳокимаи ҳиссаи гидроксилии O 1s байни ишораҳои панелҳои расм ва ҳарфҳои панелҳои Расми 2 номувофиқии таҳрирӣ вуҷуд дорад.
  • Дар усули DFT меъёри ҳамгароии максималии қувваи ионӣ дар манбаъ ҳамчун “−0,01 eV/Å” навишта шудааст; дар ин ҷо аломат хомӯшона тағйир дода нашудааст.
  • Гарчанде кор усулҳои зиёди электроаналитикӣ ва сохториро истифода мебарад, тасдиқи ҳуҷайраи формати калон пешниҳод намекунад.

Ёддошт оид ба Манбаъ ва Усул

Номи пурраи аслии кор: Fullerol-modified CFx composite cathode with enhanced interfacial conductivity for high-power Li/CFx primary batteries

Муаллифон, бо тартиби манбаъ: Jiali Du; Yifan Liu; Wanli Chen; Qingguo Feng; Zhi Zhao; Jingyi Wang; Youhao Xu; Jiacheng He; Xiwen Wang; Xian Jian.

Муаллифи масъул: Yifan Liu — yifan.liu@uestc.edu.cn. Гарчанде дар саҳифаи манбаъ “Corresponding authors” ба шакли ҷамъ навишта шудааст, дар маълумоти намоёни тамос танҳо Yifan Liu нишон дода шудааст.

Саҳми баробар/муаллифи якуми муштарак: Дар манбаъ чунин изҳорот нест.

Муассисаҳо: School of Materials and Energy, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu, China; Key Laboratory of Advanced Technologies of Materials, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, China; Bazhong Carbon Atom Novel Materials Technology Co., Ltd., Bazhong, Sichuan, China; Tianjin Lantian Special Power Supply Science and Technology Joint-Stock Co. Ltd., Tianjin, China.

Навъи манбаъ ва ҳолати баррасӣ: Ин кор preprint-и таҳқиқотиест, ки дар SSRN нашр шудааст ва версияи боршуда аз peer review нагузаштааст. Натиҷаҳои илмӣ бояд бо дарназардошти ин марҳилаи нашр арзёбӣ шаванд.

Версияи асосӣ: Версияи 27-саҳифагии SSRN Abstract ID 6933535.

DOI: 10.2139/ssrn.6933535

Пайванди расмӣ: https://ssrn.com/abstract=6933535

Ёддошти версия: Дар санҷиши библиографӣ сабти кӯҳнатари SSRN бо ҳамин унвон ва DOI-и 10.2139/ssrn.6692092 низ ёфт шудааст. Мундариҷаи илмӣ байни версияҳои гуногуни preprint якҷо карда нашудааст; дар ин мақолаи Verianla танҳо таҷрибаҳо, рақамҳо, расмҳо ва тафсирҳои версияи боршудаи 6933535 асос гирифта шудаанд.

Маҷалла/ношир: Манбаи боршуда ҳамчун нашри мустақили маҷаллаи peer-reviewed пешниҳод нашудааст. SSRN платформаи preprint-и Elsevier аст. Дар санҷиши библиографӣ DOI-и ҷудогонаи маҷаллаи peer-reviewed барои ин кор тасдиқ нашудааст.

Иҷозатнома: Дар кори боршуда изҳороти равшани иҷозатномаи Creative Commons барои истифодаи дубораи расмҳо муайян нашудааст. Аз ин рӯ расмҳои аслӣ айнан ба мақола нусхабардорӣ нашудаанд; маълумоти рақамӣ ва марҳилаҳои усул аз манбаъ бо ҷадвалҳои HTML ва сохторҳои Verianla Live бознамоӣ шудаанд.

Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China (No. 51972045) ва Fundamental Research Funds for the Chinese Central Universities, China (No. ZYGX2019J025).

Дастрасии додаҳо: Дар манбаъ гуфта мешавад, ки додаҳо бо дархост дастрас хоҳанд буд.

Тазоди манфиатҳо: Дар версияи 27-саҳифагии боршуда изҳороти ҷудогонаи тазоди манфиатҳо муайян нашудааст.

Саҳми муаллифон: Jiali Du: навиштани тарҳи аввал, таҳқиқот ва таҳлили формалӣ. Yifan Liu: бозбинӣ/таҳрир, машварат ва дарёфти маблағгузорӣ. Wanli Chen: навиштани тарҳи аввал. Qingguo Feng: нармафзор ва таҳлили формалӣ. Zhi Zhao: навиштани тарҳи аввал. Jingyi Wang: навиштани тарҳи аввал ва таҳлили формалӣ. Youhao Xu: таҳқиқот ва навиштани тарҳи аввал. Jiacheng He: навиштани тарҳи аввал. Xiwen Wang: бозбинӣ/таҳрир. Xian Jian: бозбинӣ/таҳрир ва дарёфти маблағгузорӣ.

Ҳади тафсири илмӣ: Кор натиҷаҳои таҷрибавии бадастомада дар ҳуҷайраҳои лаборатории CR2032 дар 25 °C ва таркибҳои муайяни CFx/fullerol-ро бо ҳисобҳои DFT якҷо мекунад. Натиҷаҳо дастгирӣ мекунанд, ки модификасияи безарари интерфейсӣ бар асоси fullerol метавонад иҷрои баландсуръати Li/CFx-ро беҳтар кунад; аммо миқёси ҳуҷайраи тиҷоратӣ, муҳлати дарозмуддати раф, бехатарии фарогир, доираи васеи ҳарорат ва тасдиқи истеҳсоли силсилавӣ пешниҳод нашудаанд.

Ёддошти усули Verianla: Мундариҷаи илмии мақола танҳо ба матн, усулҳо, натиҷаҳои рақамӣ ва расмҳои намоёни кори боршуда асос ёфтааст. Таҳқиқоти библиографии беруна танҳо барои санҷиши ҳувияти кор, DOI, версияҳои SSRN ва ҳолати нашр истифода шудааст; аз манбаъҳои беруна таҷриба ё натиҷаи нави илмӣ илова нашудааст.


Мубодила:

Шарҳҳо пас аз баррасӣ нашр мешаванд.Шарҳи шумо ба раванди тасдиқ фиристода шуда, пас аз пазируфта шудан намоён мегардад.

Шарҳ гузоред

Нишонии почтаи электронии шумо нашр намешавад. Майдонҳои ҳатмӣ бо * нишон дода шудаанд

Иҷозат додан ба кукиҳо таҷрибаи шуморо дар ин сомона беҳтар мекунад. Сиёсати кукиҳо