Table of Contents

وقد أدى الضغط الذي لا يطاق نحو ارتفاع كثافة الطاقة وطول الدورة في البطاريات القابلة للشحن إلى وضع نظم لليثيوم - السيليكون في مقدمة الجيل القادم من تخزين الطاقة، كما أن هذه المقاييس توفر قدرة نظرية محددة تبلغ حوالي 579 3 متراً/غرام (للمعايضات الميكانيكية الجاهزة)(15) [الخط الفاصل: 1](أ)

لماذا سيليكون؟

القدرة النظرية غير المتطابقة

(أ) إن القدرة على الاتصال بالليثيوم في درجة حرارة الغرفة تعطيه قدرة تفوق حجمها تقريباً الرسوم البيانية، وفي حالة ملوثة تماماً (Li15 ()(4) [وتكون القدرة الميكانيكية للكميات الميكانيكية على طول 3.7])

دورة التحلل الميكانيكي

وأثناء الشحن )التشهير(، تُدخل أيون الليثيوم في ممر السيليكون، مما يحو ِّل الهيكل البلوري إلى سبيكة مرنة، ويوسع الجسيم، وعند تفريغه )التحلل(، يُستخرج الليثيوم ويسبب الانكماش، ويكسر هذا التراكم السميك الجسيمات السيليكونية ويصبح الشظايا معزولة عن الشبكة السلوكية.

سوء السلوك الكهربائي

ويُعد السيليكون منفذاً شبه موصلاً كهربائياً يتراوح بين 10 و3 سم/كتومات في درجة حرارة الغرفة - حيث تقل كثيراً من الأوامر الكبيرة عن الرسوم البيانية، ويعوق هذا السلوك المنخفض النقل الإلكتروني إلى مواقع التفاعل، ويزيد من المقاومة الداخلية ويسبب تقلبات في معدلات الإصابة، وكثيراً ما تؤدي التطبيقات ذات القدرة العالية على الاتصال مثل سرعة التمويه، وسوء السلوك إلى تذبذبذبذبذبذب الكربون وتدني القدرة على استخدام الطاقة.

SEI Instability

ومن ثم فإن التداخل بين التداخل الكهربي الصلب الذي تم تشكيله على الأنوف السيليكونية غير مستقر في جوهره، لأن نظام المعلومات الاقتصادية هو منشط آلي، وتوسيعه وانكماشه، مما يعرض أسطح السيليكون الجديدة، وكل منطقة تعرضت حديثا تشكل مرفقا جديدا، يستهلك الليثيوم من الكاثود، وهذا " يرتفع بناء نظام سي آي " في الخلية ويفسد دورة البحث عن الليثيوم.

Graphene: A Structural and Electronic Remedy

المرونة والقوى

ويسمح هذا العدد من المواد الأكثر قوة )المعدل التراكمي( )١٣٠ غيغا( والنموذج المتطرف )المعدل ١ TPa( بأن يجعله واحدا من أقوى المواد المعروفة، ومع ذلك فإنه يظل مرنا للغاية، وعندما يدمج في عالم السيليكون، يمكن للصحائف التصويرية أن تلف حول الميكانيكيات المنوية، أو النانويات، أو الهياكل الخليعة، التي تستوعب التوسع دون أن تصيبهكب.

السلوكيات الكهربائية الاستثنائية

ويعرض الجرفين النقل الإلكتروني المقذوفاتي الذي يتجاوز 106 سم/م - وهو أعلى بكثير من أسود الكربون أو الرسوم البيانية، وبإنشاء شبكة من صحائف الجاين في المنعطف، يمكن للكهرباء أن يسافروا بسرعة من المجمع الحالي إلى المواد النشطة للسيليكون، مما يقلل من المقاومة الداخلية ويحسن القدرة على تحمل الأسعار ويمكِّن من نقل كميات كبيرة من المقاييس حتى في الكثافة العالية الطول(35).

منطقة السطح الكبيرة وهيكلة النانو

ويحتوي هذا المجال الهائل على مساحة سطحية محددة نظريا تبلغ 630 2 مترا مربعا، ويمكن استخدام هذه المساحة الهائلة في تركيب الجسيمات النانوية السيليكونية، ومنع تجميعها، وضمان التوزيع الموحد، علاوة على أن الاتصال الوثيق بين النسيج والغرافيا يتيح نقلا الكهرومغناطيسيا فعالا في النانويك، كما أن طبقة الرسم البياني تعمل كعائق مادي جزئي بين النسيج والسلوك الإلكي.

المقارنات الكيميائية والتوظيف

ويمكن تشغيل غرافين مع مجموعات محتوية على الأكسجين (كما هو الحال في أكسيد الغرافيني، حكومة غيانا) لتحسين تفريقه في المذيبات ومدى كفاءته بالنسبة لسلائف السيليكون، ويعيد التخفيض اللاحق (الكيميائي، الحراري، أو الكتروميائي) إلى السلوك مع الاحتفاظ ببعض مجموعات الأكسجين التي قد تساعد على ربط البيوت الكيميائي.

تصميم شركة غرافين سيليكون

الهياكل الأساسية

ومن أكثر الاستراتيجيات فعالية تعبئة الجزيئات النانوية السيليكونية داخل صحائف الغرافينية، وإنشاء هيكل " أساسي " أو " سائل " ، مثلا، في تصميمات من نوع اليرق، تُجمع مادة النانوبيكون بمستويات من الغرافيا الخبيثة، مما يترك حيزا لاغيا حول السيليكون.

Porous Graphene Networks

وثمة نهج آخر يتمثل في بناء شبكة من الغرافيا الخلاعية الثلاثة )دال( وتسللها بالسيليكون، وتوفر الشبكة المخروطة الدعم الميكانيكي والنقل السريع للأيوان، مثل تركيبة البخار الكيميائي على نموذج لرغاوي النيكل، يليها تلف المعادن، وتنتج رغاوي الغرافيون المطلقة ذات الصلبة الصبغة الإلكترونية.

Graphene —Wrapped Silicon Nanowires

وقد درست على نطاق واسع شبكة السيليكون النانووير التي تنمو رأسا على إحدى الشرائح الفرعية، لأنها تستطيع استيعاب التوسع الإشعاعي، غير أنها تعاني من سوء السلوك على طول طول السلك، فربطها بطبقة بيانية متطابقة تحسن السلوك الأفقي وتحمي السطح النانووي، ويمكن أن تنمو الرسوم البيانية بواسطة CVD أو تطبق كتغطية مخفضة للأوكسيد النباتي.

Graphene — Silicon Slurry Coatings

أما بالنسبة للحجم الصناعي، فإن الطريقة الأكثر وضوحا هي خلط الجسيمات النانوية السيليكونية مع المزلاجات (أو النانوبليتات) في حل ثنائي ومعطف على رباط النحاس، والتحدي هو تحقيق تشتتت جسيمات الهومجين ومنع إعادة التكسير في الأشعة.

آخر انجازات البحوث

مركبة من طراز Silicon-Graphene

In 2022, a team from the University of California, Los Angeles, demonstrated a silicongraphene composite with an areal capacity of 8 mAh/cm2 — well above the 4 mAh/cm2 typical of commercial graphite anodes. By using a Verdely aligned graphene structure and embedding silicon nanoparticles, they achieved stable cycling over 300 cycles at high

نتروجين - دوب غرافين لتحسين التخزين

Incorporating nitrogen into the graphene lattice creates additional active sites for lithium storage, as well as improving the electronic structure. A study published in Advanced Materials found that N‐doped graphenesilicon anodes delivered capacity retain of 85% after 1,000 cycles at 1 C rate, outpergening undo

خدمات الصحة الذاتية

باحثون في المعهد الكوري المتقدم للعلم والتكنولوجيا طوروا معاطف دينامية من الغرافيني يمكن أن تؤدي إلى " السخان الذاتي " ، وهي شقات ناتجة عن التوسع في السيليكون، وتتألف من صحائف أكسيد الغرافيني ترتبط بملف متعدد البوليمرات قابل للتداول، وعندما تُعد استمارات الشوك، فإن سلاسل البوليمر المتنقلة، وصحائف الغرافيين تعيد الاتصال الكهربائي، وتعيد بناء القدرات.

صناعي - سكال Synthesis عبر مطاحن الكرة

A costeffective route to graphene —silicon composites is ball —milling graphite and silicon together. The high —energy milling exfoliates graphite into few —layer graphene flakes and concur embeds siliconarticles into the graphene layers. This dry, scalable method produces a uniform composmetner m.

ألف - المزايا المقارنة على الإضافات الأخرى للكربون

Graphene vs. Carbon Black

والسود الكاربوني رخيص ويستخدم على نطاق واسع، ولكنه يشكل شبكة غير متتابعة للجسيمات، ويسهل تعطيلها التوسع السيليكوني، كما أن علم المورفين المماثل يوفر سلوكا بعيد المدى مع عتبة أقل للإستعمار - عادة ما تتراوح بين 1 و3 في المائة مقارنة بنسبة 10 إلى 15 في المائة بالنسبة لبلاك الكربون، علاوة على أن الأغطية البيروفينية يمكن أن تلف حول جسيمات السيليكونية، في حين أن التأثير الأسود الكربوني.

Graphene vs. Carbon Nanotubes (CNTs)

فالجرافينات والشبكة الوطنية للسواتل توفران قدرا كبيرا من السلوك، ولكن قياساتهما الجيولوجية تختلف، فالناتجات ذات طبيعة ديمنية وتميل إلى الدمج معا، مما يجعل من الصعب تفريقها، ويمكن أن تشكل، عند الاستبعاد السليم، معاطف متجانسة أكثر، وتجمع بعض الدراسات بين كلا من: استخدام النيترز في جسر بين الشرائح العازلة للغرافين والشبكة الخفية، مما يؤدي إلى إحداث تغيير في هيكل سطح الأرض.

Graphene vs. Amorphous Carbon Coatings

وكثيرا ما يودع الكربون الهليون (مثل الكربون البنفسجي) في السيليكون كغطاء مطابق، وبينما يحسن السلوك ويقلل من الاتصال بالكهرباء، فإنه يفتقر إلى القوة الميكانيكية والمرونة في الغرافيين البلوري، فالكربون الهلاعي يرتجف ويمكنه أن يتصدى تحت ضغط التوسع السيليكوني، ويسمح لمرونة غريفين ومرونة عالية بأن يُضَعَتَها.

التحديات المتبقية والتوجيهات البحثية النشطة

تكاليف إنتاج الحبوب ونوعيتها

ولا يزال الرسم البياني العالي الجودة (الطائرة المتحركة، المعيبة) باهظ التكلفة لإنتاج كميات كبيرة، وبالنسبة للبطاريات التجارية، فإن تكلفة الكيلوغرام الواحد عامل حاسم، ويستكشف الباحثون المواد " شبه الجينية " ، مثل أكسيد الغرافيني المخفض الذي ينتج عن خفض أكسيد الغرافيني الكيميائي أو الحراري، وهو عامل أرخص ولكنه يحتوي على عيوب ومجموعات متبقية من الأوكسجين.

منع التشت وإعادة التفكيك الفعالين

وتميل صحائف غرافين إلى التراجع بسبب التفاعلات القوية بين الكواكب، مما يقلل من مساحة سطحها الفعّالة ويقلل من قدرتها على العزل، ويستلزم منع الاسترداد مع الحفاظ على السلوك معالجة دقيقة: استخدام مواد الفضاء (الجسيمات النانوية السيليكونية نفسها كعامل فضاء)، أو البوليمرات المترابطة، أو خلق مورفينات مُتَعَرَة أو مُزَخَطَّة.

"مراقبة وجه "جرافين - سيليكون

وقد تؤثر طبيعة الترابط الكيميائي بين الغرافينيين والسيلكون على النقل الإلكتروني وعلى الانقلاب الميكانيكي، وقد يؤدي ضعف تفاعلات شاحنة در والس إلى جعل طبقة الغرافيني تنزلق مقارنة بالسليكون، مما قد يكون مفيداً في تغطية التوسع؛ ولكن إذا كانت الوصلة البينية ضعيفة جداً، فإن نقل الشحنات يصبح غير فعال.

طول الوقت حياة العضلات و اختبارات الخلل

وتجرى معظم الدراسات المتعلقة بالسيليكون في نصف المحاليل (الكهرباء المصنوعة من الفلزات الليثيوم) وتُجرى اختبارات كاملة ضد الكاسيد التجارية (المركز الوطني لليد العاملة، والمؤسسة المحلية) أقل شيوعاً، ولكنها ضرورية للتقييم العملي، وفي الخلايا الكاملة، لا تزال خطوة التحلل المسبق، وقلة إمدادات الليثيوم المحدودة من الكسر تؤدي إلى تفاقم فقدان القدرة من تكوين نظام المعلومات الاقتصادية.

مسارات التليفزيونية القابلة للتداول

وفي حين أن المركبين المعمليين يظهرون أداء مثير للإعجاب، فإن ترجمة هذه المواد إلى إنتاج تجريبي على نطاق واسع مع الحفاظ على التوحيد والأرقام المستهدفة للتكاليف غير متناهية، ويجري حاليا التحقيق في نُهج مثل جفاف الرش والكهرباء ومركبات الكربون الميثان المسيل في قاع البحار، وتتفاؤل الصناعة بحذر إمكانية إنتاج الأنوفور الغرافيني في تكاليف مماثلة للخلايا الغرافيتية الحالية في غضون خمس سنوات.

التوقعات التجارية واللاعبون في مجال الصناعة

الوضع الحالي

وقد بدأت عدة شركات في تسويق مواد البطاريات المحسنة، فعلى سبيل المثال، تستخدم شركة سيلا نانشنولوجياً متماثلة للسيليكون (دون رسوم بيانية واضحة) ولكنها تركز على معاطف الكربون المجهزة بالبنوك، وفي الوقت نفسه، تقوم شركات مثل شركة XG Sciences (النابوليتات النانوية) وغريبينا، ومواد فولي، بتقديم مواد بيانية لعام 2020 على وجه التحديد.

التوقعات السوقية

وقد بلغت قيمة سوق البطاريات الغرافينية العالمية نحو 200 مليون دولار في عام 2023، ومن المتوقع أن تنمو في قاعدة بيانات التقييم المركزي بنسبة 25 في المائة حتى عام 2030، ويقودها إلى حد كبير الطلب على المركبات الكهربائية والإلكترونيات الاستهلاكية، ويمكن أن تلتقط شركة سيليكونان - مانتين - تنوبلينات ذات رسم بياني حصة كبيرة إذا تحققت أهداف الدورة والتكاليف، كما أن شركات تصنيع البطاريات الرئيسية (CATLG Energy Solution، وسامسونغ SDI) تقوم بنشاط ببحث في مجال البراءات.

التكامل مع البطاريات التابعة للدولة الصلبة

ومن الاحتمالات الأطول أجلا مزيج من الأنابيب الفوقية ذات الكهروليت الصلبة، وقد يساعد ارتفاع معدل السلوك في غرافين على التغلب على سوء السلوك الأيوني للكهرباء الصلبة، في حين أن امتثالها الميكانيكي يمكن أن يستوعب التغيرات الكبيرة في السليكون في خلية صلبة صلبة، ويظهر البحث المبكر عن الكهروليت الصلب القائم على الكبريتيدات ذات القدرات الصلبية الأولية المشجعة على الواجهة.

خاتمة

وتوحي مجموعة فريدة من المرونة الميكانيكية، وسلوك كهربائي عالي، ومساحة سطحية كبيرة، بحل مقنع للمسائل الطويلة الأمد المتعلقة بتوسيع الحجم، وضعف السلوك في البطاريات التي تصيب الليثيوم، والبطارات الكهربائية التي يحتمل أن تكون ذاتية الصبغة، والشبكات الخلاعية، والملابس النادرة، والخلايا المتحركة، والمركبات المتجانسة التي تتجاوز قيمتها ٠٠٠ ٢ متر/غم من خلال دورة الاختراق.