အနာဂတ်၏ဒီဇိုင်းလစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်း ဘက်ထရီများသန့်စင်သောလျှပ်စစ်ကားများ၊ ပလပ်-လျှပ်စစ်ယာဉ်များနှင့် ဓာတ်အားသိုလှောင်မှုစနစ်များကဲ့သို့သော မြင့်မားသော-စွမ်းအင်-စားသုံးသည့်ကိရိယာများ၏ လိုအပ်ချက်များကို ဖြည့်ဆည်းပေးနိုင်ရမည်။ တီထွင်ဆဲ ဆန်းသစ်သော anode ပစ္စည်းများအတွက်၊ စွမ်းရည်သည် အဓိက စွမ်းဆောင်ရည် ညွှန်ကိန်းများထဲမှ တစ်ခုဖြစ်သည်။ ကွဲပြားခြားနားသောတုံ့ပြန်မှုယန္တရားများအပေါ်အခြေခံ၍ သီအိုရီအရစွမ်းရည်မြင့်မားသောအချို့သော ကိုယ်စားလှယ်လောင်းပစ္စည်းများတွင် ဆီလီကွန် (Si)၊ ဂျာမနီယမ် (Ge)၊ ဆီလီကွန်မိုနောက်ဆိုဒ် (SiO)၊ သံဖြူ (Sn) နှင့် ၎င်း၏အောက်ဆိုဒ် (SnOz) တို့သည် ပုံမှန်စွမ်းရည် 783 mA·g (SnOz) မှ 4211 mA·h (SnOz) အထိဖြစ်သည်။ ဤသတ္တုစပ်ပစ္စည်းများသည် သမားရိုးကျ ဂရပ်ဖိုက် (372 mA·bg) နှင့် လီသီယမ် တိုက်တေနိတ် (LTO, 175 mA·Ng) တို့နှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ပိုမိုမြင့်မားသော စွမ်းဆောင်ရည် အားသာချက်များကို ပြသထားသော်လည်း၊ ထုထည်ပြောင်းလဲခြင်းနှင့် အားသွင်းခြင်းနှင့် ထုတ်လွှတ်စဉ်အတွင်း ၎င်းတို့ ကြုံတွေ့ရသည့် မူလမပြောင်းနိုင်သော စွမ်းဆောင်ရည် ဆုံးရှုံးမှုသည် ၎င်းတို့၏ သက်တမ်းကို ကန့်သတ်ထားသည်။ အဆိုပါပြဿနာများကို ကျော်လွှားရန်အတွက် သုတေသီများသည် အမှုန်အမွှားအရွယ်အစားကို နာနိုစကေးသို့ လျှော့ချခြင်းနှင့် တက်ကြွသော သို့မဟုတ် မလှုပ်ရှားနိုင်သော သတ္တုလစ်သီယမ် အစိတ်အပိုင်းများပါဝင်သော ပေါင်းစပ်ပစ္စည်းစနစ်များကို တည်ဆောက်ရန် ကြိုးပမ်းခြင်းကဲ့သို့သော နည်းဗျူဟာအမျိုးမျိုးကို စူးစမ်းလေ့လာခဲ့ကြသည်။ ဤနည်းလမ်းများထဲတွင် တက်ကြွသော လီသီယမ်ရွှေကို အလွိုင်းပစ္စည်းများနှင့် ပေါင်းစပ်ကာ လျှပ်ကူးနိုင်သော ကြားခံအလွှာတစ်ခုအဖြစ် ပေါင်းစပ်ခြင်းသည် စက်ဝန်းစွမ်းဆောင်ရည်ကို တိုးတက်စေသည့် အလားအလာကို ပြသသည်။ ထို့အပြင်၊ nanowire သို့မဟုတ် nanotubes ကဲ့သို့သော nanostructures များ၏ မတူညီသော morphologies ကိုအသုံးပြုခြင်းသည် စွမ်းရည်မြင့်မားမှု၊ စွမ်းဆောင်ရည်ကောင်းမွန်မှုနှင့် တာရှည်လည်ပတ်မှုသက်တမ်းတို့ကို ပေါင်းစပ်သည့် စံနမူနာဖြစ်သော anode ပစ္စည်းများရရှိရန် ထိရောက်သောချဉ်းကပ်မှုတစ်ခုဖြစ်ကြောင်း သက်သေပြခဲ့သည်။
Si--ဆီလီကွန်အခြေခံ anode ပစ္စည်းများ
ဆီလီကွန်-အခြေခံ အန်နိုဒိတ်ပစ္စည်းများကို အဓိကအားဖြင့် ဆီလီကွန်စစ်စစ်၊ ဆီလီကွန်အောက်ဆိုဒ်၊ နှင့် ဆီလီကွန်/ကာဗွန်ပေါင်းစပ်ပေါင်းစပ်မှုများဖြင့် ဖွဲ့စည်းထားသည်။ ၎င်းတို့၏ မြင့်မားသောသီအိုရီပိုင်းစွမ်းရည်၊ ပတ်ဝန်းကျင်သဟဇာတဖြစ်မှုနှင့် ပေါများသောသဘာဝအရန်အရံများကြောင့်၊ ၎င်းတို့ကို လာမည့်-မျိုးဆက်မြင့်သော-စွမ်းအင်-သိပ်သည်းဆလစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီ anodes အတွက် စံပြရွေးချယ်မှုအဖြစ် ကျယ်ပြန့်စွာယူဆကြသည်။ တရုတ်သိပ္ပံပညာရှင်များသည် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများတွင် နာနိုစကေးဆီလီကွန်ကို အသုံးချခြင်းဆိုင်ရာ အယူအဆကို အဆိုပြုသည့် ကမ္ဘာ့ပထမဆုံးဖြစ်သည်။ တရုတ်နိုင်ငံ၏ ပေါများသော ဆီလီကွန်အရင်းအမြစ်များနှင့် ကမ္ဘာ့-ဒြပ်စင်ဆီလီကွန်များ၏ ထုတ်လုပ်မှုစွမ်းရည်ကို ဦးစားပေးသောကြောင့် ဆီလီကွန်အခြေခံ anode ပစ္စည်းများနှင့် ၎င်းတို့၏အသုံးပြုမှုများအတွက် လီသီယမ်{11}}အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများသည် အနာဂတ်၏သော့ချက်နည်းပညာများကို ကျွမ်းကျင်ပိုင်နိုင်စေရန်အတွက် အလွန်အရေးကြီးပါသည်။
သမားရိုးကျ ဂရပ်ဖိုက် anode ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက ဆီလီကွန်သည် ပိုမိုမြင့်မားသော သီအိုရီဆိုင်ရာ တိကျသောစွမ်းရည် (4211 mA·h/g) နှင့် အတော်လေးနိမ့်သော delithiation ဖြစ်နိုင်ခြေ (0.5V) ကို ပြသသည်။ ထူးခြားသည်မှာ ဆီလီကွန်၏ လည်ပတ်အား ဗို့အားသည် ဂရပ်ဖိုက်ထက် အနည်းငယ် ပိုမြင့်သည်။ ပုံ 5-၉ သည် ဆီလီကွန်ပုံဆောင်ခဲတစ်ခုအတွင်း သီးခြားအက်တမ်အစီအစဉ်ကို သရုပ်ဖော်သည်။ အားသွင်းစဉ်အတွင်း၊ anode အဖြစ် ဆီလီကွန်ကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့် မျက်နှာပြင် လီသီယမ် ပလပ်စတစ်ခြင်းကို လျှော့ချနိုင်ပြီး ဘက်ထရီဘေးကင်းမှုကို ပိုမိုကောင်းမွန်စေသည်။ ထို့အပြင် ဆီလီကွန်သည် ပေါများပြီး စျေးမကြီးပါ။ သို့သော်၊ လီသီယမ်{11}}အိုင်းယွန်းဘက်ထရီ anodes တွင် ဆီလီကွန်ကို အသုံးပြုခြင်းသည် စိန်ခေါ်မှုအချို့ကို ဖြစ်ပေါ်စေပါသည်။ တစ်ပိုင်းလျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ်၊ ဆီလီကွန်သည် လျှပ်ကူးနိုင်စွမ်း ညံ့ဖျင်းသည်။ အကြိမ်ပေါင်းများစွာ အားသွင်းခြင်း-ထုတ်လွှတ်သည့် လည်ပတ်မှုပြီးနောက်၊ လီသီယမ်{14}}အိုင်းယွန်းထည့်သွင်းခြင်းနှင့် ထုတ်လွှတ်ခြင်းကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော သိသာထင်ရှားသော ထုထည်ပြောင်းလဲမှုများသည် ပစ္စည်းကွဲအက်ခြင်းသို့ ဦးတည်စေပြီး ဖွဲ့စည်းတည်ဆောက်ပုံဆိုင်ရာ တည်ငြိမ်မှုကို ထိခိုက်စေကာ လက်ရှိစုဆောင်းသူနှင့် တက်ကြွသောပစ္စည်းများကို ခွဲထုတ်နိုင်ကာ ဘက်ထရီ၏ စက်ဝန်းသက်တမ်းကို ပြင်းထန်စွာ အကျိုးသက်ရောက်စေပါသည်။ ထို့အပြင်၊ ဤအသံချဲ့ထွင်မှုသည် ဆီလီကွန်မျက်နှာပြင်ပေါ်ရှိ တည်ငြိမ်ပြီး ထိရောက်သော အစိုင်အခဲ-နိုင်ငံပိုင် အီလက်ထရောနစ်မျက်နှာပြင် (SED) ဖလင်ဖွဲ့စည်းခြင်းကို ဟန့်တားစေသည်။ သန့်စင်သော ဆီလီကွန် သို့မဟုတ် ကာဗွန်မက်ထရစ်အတွင်း ၎င်း၏ဒြပ်ပေါင်းများကို တစ်ပုံစံတည်း ဖြန့်ကျက်ခြင်းသည် ဤပြဿနာများကို အတိုင်းအတာတစ်ခုအထိ သက်သာစေနိုင်သည်- တစ်ဖက်တွင်၊ ၎င်းသည် ပေါင်းစပ်ပစ္စည်း၏ အလုံးစုံ အီလက်ထရွန်နစ်စီးကူးမှုကို တိုးတက်ကောင်းမွန်စေသည်။ အခြားတစ်ဖက်တွင်၊ ကာဗွန်ပါဝင်မှုသည် ဆီလီကွန်ထုထည်ပြောင်းလဲမှုကြောင့် ဖြစ်ပေါ်လာသော စိတ်ဖိစီးမှုကို သက်သာစေပြီး လျှပ်ကူးပစ္စည်းဖွဲ့စည်းပုံအား ထိခိုက်မှုလျော့နည်းစေသည်။ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ကာဗွန်သည် SEI ဖလင်၏ တည်ငြိမ်ဖွဲ့စည်းမှုကို မြှင့်တင်နိုင်သည်။ ထို့ကြောင့်၊ ဆီလီကွန်နှင့် ကာဗွန်တို့၏ အားသာချက်များကို ပေါင်းစပ်ထားသော ပေါင်းစပ်ပစ္စည်းများသည် လာမည့်{18}}မျိုးဆက်မြင့်သော-စွမ်းအင်-သိပ်သည်းဆ လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများအတွက် စံပြအန်နိုဒိတ်များထဲမှ တစ်ခုဟု ယူဆပါသည်။
SiO
ဆီလီကွန်အပြင်၊ ဆီလီကွန်မိုနောက်ဆိုဒ် (SiO) သည် ၎င်း၏သီအိုရီအရ 1600 mA·h/g ထက်ကျော်လွန်သောကြောင့် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများအတွက် ကိုယ်စားလှယ်လောင်းအဖြစ် ထည့်သွင်းထားသော anode ပစ္စည်းအဖြစ် ယူဆပါသည်။ ထို့အပြင်၊ လီသီယမ်-အောက်ဆီဂျင်ပေါင်းစပ်မှုသည် သေးငယ်သောပမာဏပြောင်းလဲမှုများနှင့် အားသွင်းချိန်နှင့် ထုတ်လွှတ်စဉ်အတွင်း တက်ကြွမှုလျော့နည်းစေသည့် စွမ်းအင်ကို သက်ရောက်စေသည်။ ဤလုပ်ငန်းစဉ်အတွင်း ဖြစ်နိုင်ချေရှိသော လျှပ်စစ်ဓာတုတုံ့ပြန်မှုများတွင် SiO မှ Si နှင့် LiO အဖြစ်ပြောင်းလဲခြင်းပါဝင်ပြီး၊ ထို့နောက်တွင် ဆီလီကွန်-လီသီယမ်အလွိုင်းဖွဲ့စည်းခြင်းဖြင့်၊ သို့မဟုတ် ဆီလီကွန်-လီသီယမ်အလွိုင်းနှင့် LixSiO2 တိုက်ရိုက်ဖွဲ့စည်းမှု။ သန့်စင်သော SiO သည် မည်သည့်အပူချိန်တွင်မဆို အပူချိန်မတည်မငြိမ်ဖြစ်ပြီး အချိုးအစားမညီသော တုံ့ပြန်မှုဖြင့် သီးခြားအခြေအနေများအောက်တွင် Si နှင့် SiO2 သို့ ပြိုကွဲသွားနိုင်ကြောင်း မှတ်သားဖွယ်တွေ့ရှိရသည်။ ဆီလီကွန်နှင့်ဆင်တူသည်၊ SiO သည် လီသီယမ်ထည့်သွင်းခြင်းနှင့် ထုတ်ယူစဉ်အတွင်း သိသာထင်ရှားသော ထုထည်ချဲ့ထွင်ခြင်း သို့မဟုတ် ကျုံ့ခြင်းခံရသည်။ ထို့အပြင်၊ SiO သည် လျှပ်ကူးနိုင်မှု ညံ့ဖျင်းပြီး လစ်သီယမ်{11}}အိုင်းယွန်းဝင်ရောက်မှုနှင့် ထွက်နှုန်းများ နှေးကွေးစေသည်။ ဤပြဿနာများကို ကိုင်တွယ်ဖြေရှင်းရန်၊ နောက်ပြန်လှည့်နိုင်သောစွမ်းရည်ကို မြှင့်တင်ရန်နှင့် သံသရာတည်ငြိမ်မှုကို မြှင့်တင်ရန်၊ သုတေသီများသည် အမျိုးမျိုးသော နည်းဗျူဟာများကို ရှာဖွေခဲ့ကြသည်။ ယင်းတို့အနက်၊ ကာဗွန်အပေါ်ယံပိုင်းနည်းပညာ၊ SiO ရှိ လစ်သီယမ်ဓာတ်လျှော့ချရေးနှင့် SiO အမှုန်အမွှားအရွယ်အစားကို လျှော့ချပေးခြင်းတို့ကို အထူးထိရောက်သော နည်းလမ်းများအဖြစ် ယူဆပါသည်။ အထူးသဖြင့်၊ သေးငယ်သောအမှုန်အမွှားများနှင့် ကာဗွန်အပေါ်ယံပိုင်းများနှင့် ပေါင်းစပ်သောအခါ၊ လစ်သီယမ်အိုင်းယွန်းများ၏ ပျံ့နှံ့မှုလမ်းကြောင်းကို ထိရောက်စွာ တိုတောင်းစေပြီး၊ အီလက်ထရွန်နှင့် အိုင်းယွန်းလျှပ်ကူးမှုဆိုင်ရာ စွမ်းဆောင်ရည်ကို မြှင့်တင်ပေးခြင်းဖြင့် အထက်ဖော်ပြပါစိန်ခေါ်မှုများကို ကျော်လွှားနိုင်မည်ဖြစ်သည်။
ဂျီအီး
Germanium သည် Liz2Ge5 stoichiometric အချိုးအစားနှင့် ၎င်း၏ နောက်ပြန်လှည့်နိုင်သော လီသီယမ်ထည့်သွင်းခြင်းနှင့် ထုတ်ယူခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်ကြောင့် လီသီယမ်ဘက်ထရီ အန်ဒိတ်ပစ္စည်း သုတေသနတွင် ဂျာမီယမ်သည် သိသိသာသာ အာရုံစိုက်လာခဲ့သည်။ ဂျာမနီယမ်သည် ဆီလီကွန်ထက် စျေးပိုကြီးပြီး စွမ်းဆောင်ရည် အနည်းငယ်နိမ့်သော်လည်း၊ ၎င်းတွင် ဆီလီကွန်ထက် အဆ 10,000 လျှပ်ကူးနိုင်မှု နှင့် band gap 0.67 eV သာရှိခြင်းကဲ့သို့သော သိသာထင်ရှားသော အားသာချက်များရှိသည်။ လေ့လာမှုများအရ ဂျာမနီယမ်ရှိ လီသီယမ်အိုင်းယွန်းများ၏ ပျံ့နှံ့မှုနှုန်းသည် ၃၆၀ ဒီဂရီတွင် ဆီလီကွန်ထက် ၁၅ ဆ ပိုမိုမြန်ဆန်ပြီး အခန်းအပူချိန်တွင် အဆ ၄၀၀ ပိုမြန်ကြောင်း လေ့လာမှုများက ဖော်ပြခဲ့သည်။ ဤဂုဏ်သတ္တိများသည် ဂျာမနီယမ်အား အလွန်ကောင်းမွန်သော မြင့်မားသော-လက်ရှိ စွန့်ထုတ်စွမ်းဆောင်ရည်နှင့် ပိုမိုမြင့်မားသော အားသွင်းသယ်ယူမှုထိရောက်မှုကို ပေးပါသည်။ ဤမြင့်မားသော-ပါဝါစွမ်းဆောင်ရည်သည် လျှပ်စစ်ကားများကဲ့သို့ မြင့်မားသော-စွမ်းဆောင်ရည်ပါဝါထွက်ပေါက်လိုအပ်သော အပလီကေးရှင်းများအတွက် အထူးအရေးကြီးပါသည်။ သို့သော်၊ ဆီလီကွန်ကဲ့သို့ပင်၊ ဂျာမနီယမ်သည် လီသီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများတွင် ၎င်း၏လက်တွေ့အသုံးချမှုအတွက် အတားအဆီးဖြစ်လာသည့် 300% အထိ ထုထည်ချဲ့ထွင်မှုပြဿနာကို ရင်ဆိုင်နေရသည်။ နာနိုအမှုန်များ၊ nanowires သို့မဟုတ် nanotubes များကဲ့သို့သော နာနိုဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်းများကို အသုံးပြုခြင်းဖြင့်၊ ထုထည်ပြောင်းလဲမှုများ၏ အနုတ်လက္ခဏာသက်ရောက်မှုများကို ထိထိရောက်ရောက် လျော့ပါးသက်သာစေနိုင်ပြီး၊ ထို့ကြောင့် coulombic ထိရောက်မှုကို တိုးတက်စေသည်။ အစိုင်အခဲ-state pyrolysis ကဲ့သို့သော ရိုးရှင်းသောနည်းလမ်းများကို အသုံးပြု၍ ဂျာမနီယမ်နာနိုအမှုန်များ-လျှပ်ကူးနိုင်သော အလွှာပေါင်းစပ်ဖွဲ့စည်းမှုသည် အီလက်ထရိုဒြပ်များ၏ လျှပ်စစ်ဓာတုစွမ်းဆောင်ရည်ကို ပိုမိုတိုးတက်ကောင်းမွန်စေနိုင်ကြောင်း သတိပြုသင့်ပါသည်။
SnO2
Fujifilm မှ အစပျိုးတီထွင်ခဲ့သော Tin Dioxide (SnO2) သည် ၎င်း၏သီအိုရီပိုင်းစွမ်းရည်မြင့်မားပြီး လည်ပတ်မှုဗို့အားနည်းပါးသောကြောင့် လစ်သီယမ်-အိုင်းယွန်းဘက်ထရီများအတွက် အနုတ်လျှပ်ကူးပစ္စည်းအဖြစ် ကျယ်ကျယ်ပြန့်ပြန့်အာရုံစိုက်လာခဲ့သည်။ လျှပ်စစ်ဓာတုတုံ့ပြန်မှုလုပ်ငန်းစဉ်တွင် SnO2 ကို သတ္တုဖြူ (Sn) နှင့် လီသီယမ်အောက်ဆိုဒ် (LiO) အဖြစ်သို့ လျှော့ချပေးသည့် တစ်စိတ်တစ်ပိုင်း ပြန်မလှည့်နိုင်သော အဆင့်ကို ဦးစွာဆောင်ရွက်သည်။ နောက်ပိုင်းတွင်၊ သံဖြူ-လီသီယမ်အလွိုင်း၏ ဖွဲ့စည်းခြင်းနှင့် ပြိုကွဲခြင်းတို့ ပါ၀င်သော နောက်ပြန်လှည့်နိုင်သော အဆင့်တစ်ခု ဖြစ်ပေါ်သည်။ သီအိုရီအရ၊ SnO2 ၏မှဲ့တစ်ခုစီသည် 1491 mA·h/g သီအိုရီအရ လစ်သီယမ် 8.4 mol နှင့် ဓာတ်ပြုနိုင်သည်။ သို့သော်၊ ကနဦးလျှော့ချတုံ့ပြန်မှု၏ နောက်ပြန်လှည့်နိုင်မှု နည်းပါးခြင်းကြောင့်၊ လက်တွေ့အသုံးချမှုများတွင်၊ နောက်ဆက်တွဲ သတ္တုစပ်/ခွဲထုတ်ခြင်းလုပ်ငန်းစဉ်မှ ပံ့ပိုးပေးသော ထိရောက်သောစွမ်းရည်ကို{11}}783 mA·h/g- ယေဘုယျအားဖြင့် ယူဆကြပြီး ဤတန်ဖိုးကို SnO2 ပစ္စည်း၏ လက်တွေ့သီအိုရီစွမ်းရည်အဖြစ် အသုံးပြုပါသည်။ ထို့အပြင်၊ အားသွင်းခြင်း{16}}ထုတ်လွှတ်သည့် စက်ဝန်းများအတွင်း၊ ဤပစ္စည်းသည် သိသိသာသာ ထုထည်ချဲ့ထွင်မှု (200%) ကျော်ခံရပြီး ပြင်းထန်သော စွမ်းဆောင်ရည် ဆုံးရှုံးသွားစေသည်။ ဤအဆုံးသတ်အတွက်၊ သုတေသီများသည် SnO2 ၏ စက်ဘီးစီးခြင်းတည်ငြိမ်မှုကို မြှင့်တင်ရန်နှင့် နည်းလမ်းအမျိုးမျိုးဖြင့် ထုထည်ပြောင်းလဲမှုကြောင့် ပြောင်းလဲ၍မရသော စွမ်းရည်ဆုံးရှုံးမှုကို လျှော့ချရန် ရည်စူးထားပါသည်။