Ushbu tadqiqot koʻmirni gazlashtirishning mayda shlakidagi kremniy tutuvchi noorganik tarkibiy qismlarni litiy-ion batareyalar uchun kremniy-uglerod anod materialiga aylantirishni oʻrganadi. Shaanxidagi koʻmir korxonasidan olingan shlakdan sferik kremniy dioksidi tayyorlangan, bu material 700 °C da magneziotermik qaytarish orqali kristall kremniyga aylantirilgan va 24 soatlik kislota bilan yuvishdan soʻng 900 °C da saxarozadan olingan uglerod bilan qoplangan. Kremniy/uglerodning nominal massa nisbati 2:1 boʻlgan Si@C-2 namunasi oʻrganilgan kompozitlar orasida eng muvozanatli yadro-qobiq tuzilishi va elektrokimyoviy koʻrsatkichlarni namoyon etgan; 2 A·g⁻¹ tok zichligida 269,66 mAh·g⁻¹ sigʻim, past tokka qaytilganda %86,5 sigʻim tiklanishi va 100 sikl yakunida %82,1 sigʻim saqlanishi qayd etilgan. Biroq tadqiqot ilmiy taqrizdan oʻtmagan; tajribalar faol modda yuklamasi taxminan 1 mg·cm⁻² boʻlgan, qarshi elektrodi metall litiydan iborat laboratoriya yarim hujayralarida oʻtkazilgan; toʻliq hujayra, yuqori yuklama, tajriba-sanoat koʻlami, xarajat, hayotiy sikl va uzoq muddatli xavfsizlik boʻyicha tekshiruvlar taqdim etilmagan.

Tadqiqotning boshlangʻich maqsadi ikki alohida muammoni birgalikda koʻrib chiqishdir. Birinchi muammo shundaki, koʻmirni gazlashtirishning mayda shlaki tarkibida koʻp miqdorda SiO₂, Al₂O₃ va Fe₂O₃ boʻlishiga qaramay, asosan toʻplanib saqlanadigan qattiq chiqindidir. Ikkinchi muammo esa yuqori nazariy sigʻimi tufayli batareya anodlari uchun qiziqish uygʻotgan kremniyning ishlab chiqarish xarajati, past elektr oʻtkazuvchanligi va zaryadlash-razryadlash vaqtida taxminan %300 ga yetishi mumkin boʻlgan hajm oʻzgarishidir. Tadqiqotchilar shlakni kremniy manbai sifatida ishlatib xomashyo xarajatini kamaytirishni; gʻovak tuzilish va uglerod qoplamasi orqali kremniyning hajmiy kengayishi, oʻtkazuvchanlik muammosi va siklik beqarorligini yumshatishni maqsad qilgan.

Turkiya nuqtayi nazaridan baholash: Tadqiqot Turkiyada sanoat mineral qoldiqlaridan batareya materiali, adsorbent yoki ilgʻor keramika xomashyosi sifatida foydalanishga qaratilgan aylanma iqtisodiyot izlanishlari uchun uslubiy ahamiyatga ega. Yondashuvni Turkiyaga moslashtirish uchun mahalliy koʻmir gazlashtirish qoldiqlari yoki kremnezyomga boy oʻxshash sanoat qoldiqlarining mineralogik tarkibi, ogʻir metall miqdori, donador tuzilishi va qaytariluvchanligi alohida oʻlchanishi; olingan kremniyning chiqishi, tozaligi va elektrokimyoviy koʻrsatkichlari ayni protokol bilan tekshirilishi kerak. Shuningdek, ftorid kislota ishlatilishi, oqova suvlarni tozalash, magniy sarfi, energiya talabi, haqiqiy ishlab chiqarish xarajati va ekologik balans Turkiyadagi korxona sharoitlariga koʻra baholanishi lozim. Ushbu tadqiqotdan Turkiyadagi har qanday shlak ayni natijani berishi, jarayon iqtisodiy jihatdan maqbul boʻlishi, mahalliy batareya ishlab chiqarishga bevosita koʻchirilishi yoki sanoat koʻlamida ekologik foyda keltirishi haqida xulosa chiqarib boʻlmaydi.

Tadqiqotning asosiy muammosi nima?

Litiy-ion batareyalarning energiya saqlash sigʻimini oshirish uchun grafitga qaraganda yuqoriroq solishtirma sigʻimni taʼminlay oladigan anodlar kerak. Tadqiqotda tabiiy va modifikatsiyalangan grafit anodlarning nazariy solishtirma sigʻimi 400 mAh·g⁻¹ darajasidan pastligi, kremniyning nazariy sigʻimi esa 4200 mAh·g⁻¹ deb qabul qilinishi aytilgan. Biroq kremniy toʻliq litiylanish vaqtida taxminan %300 hajmiy kengayishga uchrashi mumkin. Bunday kengayish zarrachalarning sinishi, elektr kontaktining yoʻqolishi va qattiq elektrolit oraliq fazasining uzluksiz qayta hosil boʻlishiga olib kelishi mumkin.

Tadqiqotchilar ushbu material muammosini koʻmirni gazlashtirishning mayda shlakidan foydalanish bilan birlashtirgan. Oʻrganilgan shlakning noorganik qismida SiO₂, Al₂O₃ va Fe₂O₃ ning jami massa ulushi %60 dan yuqori ekani aytilgan. Tadqiqotning asosiy savoli ushbu chiqindidan ajratilgan kremniy manbaini tozalab elektrokimyoviy jihatdan funksional kremniyga aylantirish mumkinmi va maqbul miqdordagi uglerod qoplamasi kremniyning strukturaviy barqarorligini yaxshilaydimi, degan masaladir.

Tadqiqot adabiyotdagi qaysi boʻshliqni toʻldirishga qaratilgan?

Oldingi tadqiqotlarda koʻmirni gazlashtirish shlakidan asosan gʻovak SiO₂, natriy silikat yoki adsorbsiya materiali ishlab chiqarilgani bayon etilgan. Ushbu tadqiqot esa shlakdan olingan sferik SiO₂ ni bevosita yakuniy mahsulot sifatida qoldirmay, avval elementar kremniyga qaytaradi, soʻng kremniy-uglerod yadro-qobiq anod tuzilishiga aylantiradi. Tadqiqotchilar sferik SiO₂ bu maqsadda ilk bor ishlatilganini taʼkidlaydi. Ushbu “ilk” boʻlish daʼvosi tadqiqotda keltirilgan mualliflar bahosidir; mazkur maqola doirasida mustaqil va keng qamrovli ustuvorlik izlanishi bilan tasdiqlanmagan.

Shlakdan kremniyga aylantirish qanday amalga oshirilgan?

Huating Coal Industry Group korxonasidan olingan koʻmirni gazlashtirish mayda shlakining noorganik moddalarga boy 5 grammli qismi metall aralashmalardan tozalangan va sol-gel jarayoni bilan sferik SiO₂ tayyorlangan. Tayyorlangan SiO₂ ning 0,5 grammi qoʻlqopli boks ichida 1,5 gramm magniy kukuni bilan agat hovonchada aralashtirilgan. Aralashma quvurli pechda 700 °C da 1 soat termik ishlovdan oʻtkazilib, xom kremniy mahsuloti olingan.

Tadqiqotda keltirilgan magneziotermik qaytarishning asosiy reaksiyasi quyidagicha:

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

Ushbu reaksiyada SiO₂ elementar kremniyga qaytariladi, magniy esa kislorod bilan birikib MgO hosil qiladi. SiO₂ va Mg uchun ishlatilgan miqdorlar grammda, ishlov harorati °C da va davomiyligi soatda berilgan. Reaksiya ekzotermik boʻlgani sababli zarrachalarda yoriqlar, sinish va mahalliy qovushish yuz berishi mumkin.

Tadqiqotda ikkita ehtimoliy yon reaksiya ham quyidagicha yozilgan:

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

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

Ikkinchi raqamli reaksiya matnda shu shaklda chop etilgan. Biroq chap tomonda kislorod manbai boʻlmasa-da, oʻng tomonda O₂ mavjud va bitta Mg atomidan Mg₂Si hosil qilinmoqda. Shu sababli tenglama yozilgan holatida atomlar balansini taʼminlamaydi. Tadqiqotni indamay tuzatish oʻrniga, ushbu formula mualliflar qayta koʻrib chiqishi kerak boʻlgan matniy yoki stexiometrik xato ekanini qayd etish lozim. Uchinchi reaksiya esa magniy silikat yon fazasi Mg₂SiO₄ hosil boʻlishini ifodalaydi.

Xom qaytarish mahsuloti magniy va magniy oksidlarini chiqarib tashlash maqsadida 1 mol·L⁻¹ xlorid kislotada 24 soat aralashtirilgan va neytral pH ga yetguncha deionlangan suv bilan yuvilgan. Reaksiyaga kirishmagan SiO₂ ni yoʻqotish uchun namuna keyin %5 HF eritmasida 45 daqiqa saqlangan, yana neytral pH gacha yuvilgan va quritilgan.

Kislota bilan yuvish davomiyligi nima uchun muhim?

Tadqiqotda 2, 12 va 24 soatlik xlorid kislota ishlovlari taqqoslangan. Rentgen difraksiyasi natijalari 2 va 12 soatlik ishlovlardan soʻng MgO va Mg₂SiO₄ kabi yon fazalarga oid difraksiya belgilari qolganini, 24 soatlik ishlovdan soʻng esa aralashma piklari katta darajada yoʻqolganini koʻrsatadi. HF bilan ishlov vaqtida qolgan MgO va HF orasidagi reaksiya tufayli MgF₂ fazalari ham hosil boʻlishi mumkinligi aytilgan.

Tozalangan mahsulotlarda 2θ = 28,4°, 47,3°, 56,1°, 69,1°, 76,4° va 88,0° holatlarida kuzatilgan piklar kubik kremniyning mos ravishda (111), (220), (311), (400), (331) va (422) kristall tekisliklariga bogʻlangan. Ushbu natija shlakdan ajratilgan SiO₂ ning kristall kremniyga aylanganini qoʻllab-quvvatlaydi.

SEM tasvirlarida qaytarilgan kremniyning bir qismi dastlabki sferik shaklini saqlagani, boshqa qismi esa maydaroq parchalarga boʻlingani koʻrinadi. Matnda zarracha oʻlchami taxminan 300 nm deb berilgan, 1-rasmdagi kattalashtirilgan tasvirda esa namuna sifatidagi bir zarracha uchun 378 nm belgisi mavjud. Bu tasvir yakka yoki reprezentativ oʻlchovdir; tadqiqotda zarracha oʻlchamlarining keng qamrovli taqsimoti berilmagan.

Azot adsorbsiya-desorbsiya egri chizigʻi IV turdagi izoterma sifatida talqin qilingan va mezogʻovak tuzilishga bogʻlangan. Tozalangan kremniy uchun solishtirma sirt maydoni 53,97 m²·g⁻¹, gʻovak hajmi esa 0,089 cm³·g⁻¹ deb berilgan. Gʻovaklar taqsimoti grafigida taxminan 4,84 nm lik ustun gʻovak oʻlchami koʻrsatilgan. Tadqiqotchilar bu gʻovaklar elektrolit bilan kontaktni va Li⁺ koʻchishini osonlashtirishi hamda kremniyning kengayishi uchun boʻsh hajm taʼminlashi mumkin deb baholaydi.

Tozalangan kremniyning elektrokimyoviy koʻrsatkichlari qanday?

24 soat yuvilgan kremniy namunasining birinchi sikldagi solishtirma sigʻimi 1891,2 mAh·g⁻¹, dastlabki Kulon samaradorligi esa %90,2 deb qayd etilgan. Tok zichligi mos ravishda 0,1, 0,2, 0,5, 1 va 2 A·g⁻¹ boʻlganda solishtirma sigʻimlar 1647,82, 1414,9, 1061,32, 812,26 va 482,72 mAh·g⁻¹ deb oʻlchangan. Tok zichligi yana 0,1 A·g⁻¹ darajasiga pasaytirilganda sigʻim 1418,2 mAh·g⁻¹ qiymatiga qaytgan.

24 soatlik namuna 2 A·g⁻¹ darajasida dastlabki sigʻimining %29,3 qismini, yana 0,1 A·g⁻¹ darajasiga qaytilganda esa %86,1 qismini saqlagan. Tadqiqotchilar bu koʻrsatkichlarni MgO va Mg₂SiO₄ kabi zich yon fazalarning yoʻqotilishi bilan izohlaydi. Biroq aralashmalar miqdori miqdoriy kimyoviy tahlil bilan berilmagan; talqin asosan XRD piklarining kamayishi va elektrokimyoviy egri chiziqlarga asoslangan.

Uglerod qoplamasi qanday hosil qilingan?

Sof kremniyning 0,5 grammi 20 mL hajmdagi 0,085 mol·L⁻¹ saxaroza eritmasi bilan aralashtirilgan. Aralashma suv hammomida toʻliq quriguncha magnitli aralashtirilgan, olingan prekursor argon atmosferasida 900 °C da 1 soat karbonlashtirilgan. Saxaroza gidroksil guruhlari orqali kremniy sirti bilan oʻzaro taʼsirlasha oladigan va termik ishlov yakunida amorf qattiq uglerod qatlami hosil qila oladigan uglerod manbai sifatida tanlangan.

Toʻrtta nominal Si/C massa nisbati tayyorlangan:

Ushbu nisbatlar boshlanishida ishlatilgan nominal massa nisbatlaridir. Karbonlashtirishdan soʻng kompozitlarda qolgan haqiqiy uglerod foizi termogravimetrik tahlil yoki boshqa miqdoriy usul bilan qayd etilmagan. Shu sababli “2:1” qiymatini yakuniy mahsulotning aniq element tarkibi deb baholamaslik kerak.

Yadro-qobiq tuzilishi qaysi tasvirlar bilan tasdiqlangan?

Si@C-2 namunasining TEM va HRTEM tasvirlarida kremniy zarrachalari saxarozadan olingan uglerod qatlami bilan oʻralgani koʻrinadi. Kristall panjara oraligʻi 0,31 nm deb oʻlchangan va kremniyning (111) tekisligiga bogʻlangan. Tanlangan soha elektron difraksiyasi naqshida kremniyning (111) va (220) halqalari aniqlangan.

HAADF va EDX element xaritalarida kremniy signali yadro sohasida jamlangani, uglerod esa yadro atrofiga tarqalgani koʻrinadi. Kislorod xaritasida past darajadagi kislorod signali ham mavjud. Tadqiqotchilar buni havo bilan qisqa muddatli kontakt vaqtida hosil boʻlgan yupqa tabiiy SiO₂ qatlami bilan izohlaydi. Tasvirlar yadro-qobiq arxitekturasini sifat jihatidan qoʻllab-quvvatlaydi; biroq koʻp sonli zarrachalar boʻyicha uglerod qobigʻi qalinligining statistik taqsimoti berilmagan.

FTIR, XRD, Raman va XPS tahlillari nimani koʻrsatadi?

FTIR spektrida taxminan 1078 cm⁻¹ polosasi Si–O–Si asimmetrik choʻzilishiga va yupqa sirt oksid qatlamiga bogʻlangan. 1560–1700 cm⁻¹ oraligʻidagi keng signal sp² uglerod sohalaridagi C=C tebranishlari va chekka karbonil nuqsonlarining ustma-ust tushishi sifatida talqin qilingan. 2915 cm⁻¹ atrofidagi kuchsiz polosa esa saxarozaning degidratatsiyasi va karbonlashuvidan keyin qolgan alkil zanjirlariga bogʻlangan.

XRD naqshlarida kristall kremniy piklari saqlangan, 2θ = 20–26° oraligʻida esa amorf uglerodning (002) tekisligiga mansub deb hisoblangan kuchsiz va keng signal koʻrinadi. Kremniy piklarining yuqori intensivligi uglerod signalini qisman niqoblaydi. Bu natija qoplama uzoq masofali grafitik tartibga ega emasligini qoʻllab-quvvatlaydi.

Raman spektrlarida taxminan 1350 cm⁻¹ holatidagi D polosasi nuqsonli yoki tartibsiz uglerodni, taxminan 1580 cm⁻¹ holatidagi G polosasi esa sp² gibridlangan grafitik sohalarni ifodalaydi. D va G polosalari intensivlik nisbati Si@C-0.5, Si@C-1, Si@C-2 va Si@C-3 uchun mos ravishda taxminan 1,59, 1,57, 1,51 va 1,61 dir. Barcha qiymatlarning 1,5–1,6 oraligʻida boʻlishi saxarozadan olingan uglerod yuqori nuqson zichligiga ega amorf tuzilish ekanini koʻrsatadi.

XPS tahlilida C 1s signali 284,8 eV da C–C, 286,1 eV da C–O va 288,5 eV da C=O tarkibiy qismlariga ajratilgan. Si 2p signali 99,4 eV da Si, 100,0 eV da Si–C va 103,7 eV da Si–O tarkibiy qismlariga moslashtirilgan. O 1s tahlilida matn 533,2 eV signalini C–O, 531,2 eV signalini esa saxaroza qovushishidan qolgan C–O sifatida taʼriflaydi. Biroq qoʻshimcha XPS grafigida 531,2 eV tarkibiy qismi “Si–O” deb belgilangan. Matn va rasm oʻrtasidagi ushbu farq bartaraf etilmasdan 531,2 eV pikining aniq kimyoviy mansubligini belgilab boʻlmaydi.

Si@C kompozitlarining asosiy elektrokimyoviy natijalari qanday?

Si@C-2 elektrodi yuqori tok tezligida sigʻim saqlanishi va past tokka qaytilganda sigʻim tiklanishi jihatidan eng muvozanatli namuna deb topilgan. 2 A·g⁻¹ tok zichligida 269,66 mAh·g⁻¹ sigʻim bergan va 0,1 A·g⁻¹ darajasidagi sigʻimining %31,15 qismini saqlagan. Tok yana 0,1 A·g⁻¹ darajasiga pasaytirilganda sigʻim saqlanishi %86,5 ga yetgan.

Si@C-1 eng yuqori birinchi razryad sigʻimini bergan boʻlsa-da, Si@C-2 yuqoriroq dastlabki Kulon samaradorligini va 100 siklda yaxshiroq sigʻim saqlanishini taʼminlagan. Ushbu taqqoslash eng yuqori dastlabki sigʻimning oʻzi eng yaxshi elektrodni anglatmasligini; uglerod qoplamasining uzluksizligi, ion koʻchishi va qaytuvchanlik oʻrtasida muvozanat kerakligini koʻrsatadi.

EIS grafigida Si@C-2 eng kichik yarim doira diametrini koʻrsatadi va bu eng past zaryad uzatish qarshiligiga bogʻlanadi. Si@C-0.5 esa eng katta yarim doiraga ega. Tadqiqotchilar buni haddan tashqari qalin va zich uglerod qatlami ochiq ion kanallarini kamaytirishi bilan izohlaydi. Biroq ekvivalent sxema modeli, sonli R_ct qiymatlari va moslashtirish xatolari berilmagani uchun EIS natijasi miqdoriy emas, balki egri chiziqlarning nisbiy taqqoslanishiga asoslanadi.

Litiy ionlarining koʻchishi va saqlanish mexanizmi qanday izohlangan?

Galvanostatik interval titrlash texnikasi (GITT) elektrodga qisqa tok impulsi berish va keyin kuchlanish kvazimuvozanatga yetguncha ochiq zanjirda dam oldirishga asoslanadi. Tadqiqotda 0,2 A·g⁻¹ tok impulsi qoʻllangan; har bir bosqichdagi oʻtkinchi kuchlanish oʻzgarishi ΔE_τ va barqaror kuchlanish oʻzgarishi ΔE_s yordamida Li⁺ diffuziya koeffitsiyenti hisoblangani aytilgan. Biroq hisoblash tenglamasi, impuls davomiyligi, dam olish muddati va ishlatilgan elektrod geometriyasi aniq berilmagan.

Matnda Si@C-2 uchun zaryadlash vaqtida Li⁺ diffuziya koeffitsiyenti taxminan 10^−11,5–10⁻¹² cm²·s⁻¹, razryadlash vaqtida esa 10⁻¹¹–10^−11,5 cm²·s⁻¹ oraligʻida ekani aytilgan. Biroq GITT grafiklarining boshlangʻich nuqtalarida yuqoriroq oʻtkinchi logarifmik qiymatlar koʻrinadi. Shu sababli matndagi oraliqlarni butun siklning aniq minimum va maksimumlari sifatida emas, jarayonning muayyan qismidagi tipik qiymatlar sifatida oʻqish kerak.

Litiylanish davom etgan sari Li_xSi qotishmalarining hosil boʻlishi va kremniyning kengayishi sababli diffuziya qarshiligi ortishi, shu bois D_Li+ qiymati pasayishi ilgari surilgan. Uglerod tarmogʻi va gʻovak tuzilish esa dastlab tezroq ion koʻchishiga hissa qoʻshadi.

Siklik voltammetriya tahlilida birinchi katod skanerlashida 0,5–1,0 V oraligʻida kuzatilgan va keyingi sikllarda yoʻqolgan keng qaytarilish piki qattiq elektrolit oraliq fazasining hosil boʻlishiga bogʻlangan. 0,1–0,5 V oraligʻidagi qaytarilish signali kristall kremniyning Li_xSi fazalariga aylanishini; taxminan 0,35 va 0,53 V dagi oksidlanish piklari esa Li_xSi qotishmasidan litiyning ajralishini ifodalaydi.

Pik toki va skanerlash tezligi orasidagi munosabat quyidagi tenglama bilan tahlil qilingan:

\[ i = a v^b \]

Bu yerda i pik tokini, v skanerlash tezligini, a ishlatilgan birliklar va elektrokimyoviy tizimga bogʻliq proporsionallik doimiysini, b esa kinetik mexanizm xususiyatini ifodalaydi. b qiymatining 0,5 ga yaqinlashishi diffuziya bilan boshqariladigan, 1 ga yaqinlashishi esa sirt yoki sigʻim bilan boshqariladigan xatti-harakatning ustunligini koʻrsatadi. Si@C-2 uchun b = 0,63 topilgani ikki mexanizm birgalikda taʼsir qilishini qoʻllab-quvvatlaydi.

Psevdosigʻim hissasi 0,2 mV·s⁻¹ skanerlash tezligida taxminan %18,0; 0,4 mV·s⁻¹ da %21,0; 0,6 mV·s⁻¹ da %24,7; 0,8 mV·s⁻¹ da %28,3 va 1,0 mV·s⁻¹ da %32,9 deb hisoblangan. Skanerlash tezligi ortganda sirt yaqinidagi tez reaksiyalarning umumiy sigʻimga hissasi ortadi, diffuziya bilan boshqariladigan qismning nisbiy ulushi esa kamayadi.

Tadqiqot qaysi xulosalarni qoʻllab-quvvatlaydi?

• Shaanxidan olingan, oʻrganilgan koʻmir gazlashtirish mayda shlakidan ajratilgan SiO₂ ni koʻrsatilgan laboratoriya sharoitlarida kristall kremniyga aylantirish mumkin boʻlgan.
• 24 soatlik xlorid kislota ishlovi 2 va 12 soatlik ishlovlarga qaraganda XRD da Mg tutuvchi yon fazalarni kamroq qoldirgan.
• Saxarozadan olingan uglerod kremniy zarrachalari atrofida amorf va nuqsonli qoplama hosil qilgan.
• Nominal Si:C = 2:1 nisbati haddan tashqari qalin uglerod qatlami va yetarli boʻlmagan qamrash oʻrtasida eng muvozanatli morfologiyani taʼminlagan.
• Si@C-2 oʻrganilgan toʻrtta kompozit orasida dastlabki Kulon samaradorligi, tezlik koʻrsatkichlari, past tokka qaytish va 100 sikldagi sigʻim saqlanishi boʻyicha eng muvozanatli natijalarni bergan.
• Si@C-2 da energiya saqlanishi faqat diffuziyaga emas, skanerlash tezligi ortgani sari koʻpayadigan psevdosigʻim hissasiga ham asoslanadi.

Tadqiqot nimani isbotlamaydi?

• Natijalar tijoriy litiy-ion toʻliq hujayrasining koʻrsatkichlarini namoyon etmaydi; qarshi elektrod sifatida metall litiy ishlatilgan CR2032 yarim hujayralari sinalgan.
• Taxminan 1 mg·cm⁻² yuklamada olingan natijalar yuqoriroq elektrod yuklamalarida ayni koʻrsatkichlar saqlanishini isbotlamaydi.
• 100 sikllik oʻlchov uzoq muddatli tijoriy xizmat muddati yoki xavfsizlik dalili emas.
• Tadqiqotda termik qochish, mexanik shikastlanish, gaz hosil boʻlishi yoki boshqa xavfsizlik sinovlari oʻtkazilmagan.
• Bitta korxonadan olingan shlak namunasi turli manbalardan kelgan barcha koʻmir gazlashtirish qoldiqlarining yaroqliligini koʻrsatmaydi.
• Laboratoriya koʻlamidagi muvaffaqiyatli aylantirish jarayonning tajriba-sanoat yoki sanoat koʻlamida iqtisodiy va ekologik jihatdan ustunligini isbotlamaydi.
• Ftorid kislota, xlorid kislota, magniy va yuqori haroratli pech ishlovlarining jami ekologik taʼsiri baholanmagan.
• “Xarajatni tejash” salohiyati ilgari surilgan boʻlsa-da, material chiqishi, energiya sarfi, kimyoviy moddalarni qayta tiklash, oqova suvlarni tozalash va mahsulot birligi tannarxi hisoblanmagan.

Tadqiqotning kuchli jihatlari va cheklovlari qanday?

Tadqiqotning kuchli jihati chiqindi prekursorini ajratishdan kristall kremniygacha, uglerod qoplashdan elektrod ishlab chiqarishgacha va koʻp turdagi elektrokimyoviy tahlilgacha yaxlit tajriba ketma-ketligini yaratganidir. SEM, TEM, HRTEM, EDX, XRD, FTIR, Raman, XPS, azot adsorbsiyasi, tezlik sinovi, sikl sinovi, EIS, GITT va CV natijalaridan birgalikda foydalanish morfologiya, kimyoviy tuzilish va elektrokimyoviy xatti-harakat oʻrtasidagi bogʻliqlikni oʻrnatishga imkon beradi.

Asosiy cheklovlar esa takrorlar soni, standart ogʻishlar va xatolik chiziqlari berilmagani; statistik ahamiyatlilik tahlili yoʻqligi; haqiqiy uglerod ulushi oʻlchanmagani; qaytarish va tozalash chiqishlari ochiqlanmagani; GITT va EIS hisob tafsilotlari yetishmasligi; sikldan soʻng zarracha sinishi va SEI tuzilishi tasvirlanmagani; faqat bitta shlak manbai oʻrganilgani va sinovlar laboratoriya yarim hujayralari bilan cheklanganidir. Bundan tashqari, formula 2, O 1s piki mansubligi, masʼul muallif belgilari va muassasa maʼlumotlari kabi matn ichidagi nomuvofiqliklar preprint ilmiy va tahririy tuzatishga muhtojligini koʻrsatadi.

Oʻtmish, bugun va kelajak nuqtayi nazaridan ahamiyati

Ilgari koʻmir gazlashtirish shlakidagi kremnezyom asosan past yoki oʻrta qoʻshilgan qiymatli mineral mahsulotlarga aylantirilgan boʻlsa, ushbu tadqiqot ayni manbani elektrokimyoviy energiya saqlash materialiga aylantiruvchi yondashuvni taqdim etadi. Uning bugungi hissasi shlakdan olingan SiO₂ ni qaytarish, mezogʻovak kremniy hosil qilish va uglerod qoplamasi nisbatini sozlash oʻrtasidagi munosabatni tajribaviy ravishda koʻrsatishidir.

Kelgusi tadqiqotlar turli shlak manbalarini, yuqoriroq faol modda yuklamalarini, tijoriy katodli toʻliq hujayralarni, uzoqroq sikllarni va haqiqiy ishlab chiqarish sharoitlarini qamrab olishi kerak. Jarayonning qoʻllanish imkoniyati uchun massa balansi, kremniyni qayta olish chiqishi, magniy va kislotani qayta ishlash, energiya sarfi, oqova suvlarni boshqarish, hayotiy siklni baholash va texnik-iqtisodiy tahlil bajarilishi lozim. Ushbu tekshiruvlar amalga oshirilmasdan usulni tijoriy batareya ishlab chiqarishga tayyor jarayon deb baholab boʻlmaydi.

Tadqiqot Usuli va Natijalari

Xomashyo va sintez protokoli

Materialni tavsiflash

• Morfologiya: Phenom Pro stol usti skanerlovchi elektron mikroskopi.
• Yuqori aniqlikdagi tasvirlash: JEOL JEM-2100F HRTEM.
• Raman: Renishaw InVia Reflex, qoʻzgʻatish toʻlqin uzunligi 532 nm.
• XRD: Bruker D8 Advance, Cu Kα nurlanishi, 5°·daqiqa⁻¹ skanerlash tezligi.
• XPS: Thermo Scientific K-Alpha.
• Azot adsorbsiyasi: Micromeritics ASAP 2460; BET sirt maydoni va BJH gʻovak taqsimoti.
• Tadqiqotda FTIR qurilmasining modeli koʻrsatilmagan.

Elektrod tayyorlash va hujayrani yigʻish

Faol modda, Super-P/Ketjen black oʻtkazuvchi qoʻshimchasi va natriy karboksimetilsellyuloza bogʻlovchisi 7:2:1 massa nisbatida aralashtirilgan. Aralashma planetar sharli tegirmonda maydalangan, deionlangan suv bilan suspenziyaga aylantirilgan va ultratovush yordamida bir jinsli holga keltirilgan. Suspenziya rakel pichogʻi bilan mis folga ustiga surtilgan; faol modda yuklamasi taxminan 1 mg·cm⁻² qilib belgilangan. Elektrodlar 60 °C da vakuum ostida 12 soat quritilgan.

CR2032 tugmacha hujayralari H₂O va O₂ darajasi 0,1 ppm dan past saqlangan, argon bilan toʻldirilgan qoʻlqopli boksda yigʻilgan. Tayyorlangan elektrod ishchi elektrod sifatida, metall litiy qarshi elektrod sifatida, Celgard 2500 ajratgich sifatida va hajman 1:1:1 EC/DMC/EMC ichidagi 1 M LiPF₆ elektrolit sifatida ishlatilgan. Hujayralar siqib yopilgach, elektrolit singishi va ochiq zanjir kuchlanishi barqarorlashishi uchun xona haroratida 10 soat saqlangan.

Elektrokimyoviy oʻlchash sharoitlari

Asosiy strukturaviy va elektrokimyoviy natijalar

Takrorlanuvchanlik va uslubiy kamchiliklar

Tadqiqotda mustaqil hujayralar soni, tajriba takrorlari, oʻrtacha qiymatlar, standart ogʻishlar yoki statistik testlar koʻrsatilmagan. Elektrod diametri, qoplama qalinligi, faol material birligiga elektrolit miqdori, GITT impuls va dam olish vaqtlari, EIS chastota oraligʻi va ekvivalent sxema parametrlari yetishmaydi. Shlakdan SiO₂ va kremniy ishlab chiqarish chiqishlari, yakuniy uglerod ulushi, elektrod zichligi va sikldan keyingi morfologik oʻzgarishlar ham qayd etilmagan. Ushbu kamchiliklar usulni boshqa laboratoriyada toʻliq takrorlash va sanoat koʻlamiga oʻtkazishni cheklaydi.

Manba va Usul Haqida Izoh

Tadqiqotning toʻliq asl nomi: From Industrial Waste to Energy Storage: Si@C Core-Shell Anodes Derived from Coal Gasification Fine Slag for Lithium-Ion Batteries

Mualliflar va ularning tartibi: Chunxia Hua, Rongzheng Li, Yifan Zhao, Yuying Tong, Jinhang Li, Xiaoqin Wang, Shasha Tang, Shanxin Xiong.

Teng birinchi muallif: Matnda teng hissa yoki teng birinchi mualliflik haqida maʼlumot yoʻq.

Masʼul muallif: Batafsil “Corresponding Authors” boʻlimida faqat Shanxin Xiong koʻrsatilgan va xiongsx@xust.edu.cn elektron pochta manzili berilgan. Sarlavha sahifasida Jinhang Li nomi yonida ham yulduzcha boʻlsa-da, bu yulduzcha izohlanmagan va Jinhang Li masʼul muallif boʻlimida koʻrsatilmagan. Shu sababli Jinhang Li ning masʼul mualliflik maqomini matn orqali qatʼiy tasdiqlab boʻlmagan.

Muassasalar: Chunxia Hua, Rongzheng Li, Yifan Zhao, Yuying Tong, Jinhang Li, Xiaoqin Wang va Shanxin Xiong uchun College of Chemistry and Chemical Engineering, Xi’an University of Science and Technology, Xi’an 710054, P. R. China; Shasha Tang uchun Shandong Institute of Nonmetallic Materials, Jinan 250031, P. R. China koʻrsatilgan. Sarlavha sahifasidagi yagona muassasa koʻrsatkichi va batafsil muallif maʼlumotlari oʻrtasida farq bor.

DOI: 10.2139/ssrn.7196252. Ushbu DOI SSRN preprint yozuviga tegishli; taqrizdan oʻtgan jurnal maqolasining DOI si emas.

Jurnal yoki konferensiya: Tasdiqlangan taqrizli jurnal yoki konferensiya nashri mavjud emas.

Nashr platformasi: SSRN.

Asl nashriyot: Tadqiqotning tasdiqlangan asl nashriyoti mavjud emas. SSRN preprint platformasi boʻlib, nashriyot deb baholanmasligi kerak. Platforma Elsevier Inc. infratuzilmasida faoliyat yuritadi.

Nashr yili: SSRN qayd yili 2026 dir. PDF ichida alohida aniq yozilish, qabul qilish yoki taqrizli nashr sanasi berilmagan.

Manba turi: Eksperimental materialshunoslik va elektrokimyo tadqiqoti preprinti.

Taqriz holati: Ushbu tadqiqot preprint boʻlib, ilmiy taqrizdan oʻtmagan. Matnning har bir sahifasida “This preprint research paper has not been peer reviewed” ogohlantirishi mavjud.

Rasmiy manba havolalari:SSRN rasmiy qayd sahifasi va DOI havolasi.

Qoʻshimcha maʼlumot holati: Matnda qoʻshimcha maʼlumot havolasi “https://pubs. XXX” shaklida tugallanmagan oʻrin tutuvchi sifatida qoldirilgan. Ushbu havola foydalanish mumkin boʻlgan rasmiy qoʻshimcha maʼlumot manbai emas.

Ushbu turkcha maqola yuklangan 41 sahifali tadqiqotning matni, tajriba usuli, formulalari, rasmlari, grafiklari va spektrlarini oʻrganish orqali tayyorlangan. Tadqiqotda boʻlmagan yangi tajriba natijasi yoki tashqi manbadan olingan ilmiy topilma qoʻshilmagan. Tashqi tekshiruv faqat DOI, SSRN qaydi, platforma va nashr holati kabi bibliografik maʼlumotlar uchun ishlatilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari ilmiy taqrizdan oʻtmagani, bitta shlak manbai ishlatilgani, takrorlar va statistik maʼlumotlar berilmagani, tajribalar past yuklamali metall litiy yarim hujayralari bilan cheklangani, faqat 100 sikl oʻtkazilgani, toʻliq hujayra va tajriba-sanoat koʻlamidagi tasdiqlash yoʻqligi, haqiqiy uglerod miqdori va mahsulot chiqishi oʻlchanmagani hamda ekologik yoki texnik-iqtisodiy tahlil taqdim etilmaganidir. Formula 2, O 1s piki mansubligi, masʼul muallif belgilari, muassasa maʼlumotlari va qoʻshimcha maʼlumot havolasidagi nomuvofiqliklar ham yakuniy nashrdan oldin tuzatilishi kerak boʻlgan masalalar qatoriga kiradi.

Ushbu tadqiqot ilmiy taqrizdan oʻtmagan preprintdir; uning natijalari ushbu cheklovni hisobga olgan holda oʻqilishi kerak. Natijalar laboratoriya koʻlamidagi material sintezi va CR2032 yarim hujayra sinovlariga tegishli. Tadqiqot sanoat koʻlamidagi muvaffaqiyat, tijoriy xarajat ustunligi, uzoq muddatli xavfsizlik yoki haqiqiy batareya bloklaridagi samaradorlik dalilini taqdim etmaydi.