1. Diyaarinta dahaarka
Si loo fududeeyo tijaabada korantada dambe, 30mm waxaa loo doortaa birta aan miridhku lahayn × 4 mm 304 oo saldhig u ah. Lakabka oksaydhka ee haray iyo meelaha miridhku ku yaal dusha sare ee substrate-ka ka saar oo ka saar warqad ciid ah, ku rid weel ay ku jirto acetone, ku daawee wasakhda dusha sare ee substrate-ka nadiifiyaha ultrasonic-ka ee shirkadda elektiroonigga ee Bangjie muddo 20 daqiiqo ah, ka saar qashinka xirma ee dusha sare ee substrate-ka birta ah khamri iyo biyo la safeeyey, oo ku qalaji afuufiye. Kadib, alumina (Al2O3), graphene iyo nanotube kaarboon isku-dhafan (mwnt-coohsdbs) ayaa loo diyaariyey saamiga (100: 0: 0, 99.8: 0.2: 0, 99.8: 0: 0.2, 99.6: 0.2: 0.2), oo lagu rido mashiinka kubbadda (qm-3sp2 ee warshadda qalabka Nanjing NANDA) si loogu sameeyo shiidid iyo isku-darka kubbadda. Xawaaraha wareegga ee mashiinka kubbadda ayaa loo dejiyay 220 R / daqiiqo, mashiinka kubbaddana waxaa loo rogay
Ka dib marka la shiido kubbadaha, u deji xawaaraha wareegga ee haanta wax lagu shiido kubadda inay noqoto 1/2 si isku mid ah ka dib marka la shiido kubadda, oo u deji xawaaraha wareegga ee haanta wax lagu shiido kubadda inay noqoto 1/2 si isku mid ah ka dib marka la shiido kubadda. Wadarta dhoobada ee kubbadda lagu shiido iyo xidhmada ayaa si siman loogu qasaa iyadoo loo eegayo qaybta cufka ee 1.0 ∶ 0.8. Ugu dambeyntii, dahaarka dhoobada ee dhejiska ah waxaa lagu helay habka bogsashada.
2. Tijaabada daxalka
Daraasaddan, tijaabada daxalka elektaroonigga ah waxay qaadataa goobta shaqada ee kiimikada ee Shanghai Chenhua chi660e, tijaabaduna waxay qaadataa nidaam tijaabo elektrode saddex ah. Elektrode-ka platinum-ka waa elektrode-ka caawiya, elektrode-ka chloride-ka lacagta ah waa elektrode-ka tixraaca, muunadda dahaarka lehna waa elektrode-ka shaqeeya, oo leh meel wax ku ool ah oo soo-gaadhis ah oo ah 1cm2. Ku xidh elektrode-ka tixraaca, elektrode-ka shaqeeya iyo elektrode-ka caawiya ee ku jira unugga elektrode-ka qalabka, sida ku cad Jaantusyada 1 iyo 2. Kahor baaritaanka, muunadda ku qoys elektrode-ka, kaas oo ah xalka NaCl 3.5%.
3. Falanqaynta Tafel ee daxalka elektrokemikaalka ee dahaarka
Jaantuska 3aad wuxuu muujinayaa qalooca Tafel ee substrate-ka aan dahaarka lahayn iyo dahaarka dhoobada ah ee lagu dahaadhay waxyaabo nano ah oo kala duwan ka dib daxalka elektiroonigga ah muddo 19 saacadood ah. Xogta tijaabada danabka daxalka, cufnaanta hadda ee daxalka iyo iska caabinta korontada ee laga helay tijaabada daxalka elektiroonigga ah ayaa lagu muujiyay Shaxda 1aad.
Gudbi
Marka cufnaanta hadda ee daxalka yar yahay oo waxtarka iska caabbinta daxalka uu sarreeyo, saameynta iska caabbinta daxalka ee dahaarka ayaa ka wanaagsan. Waxaa laga arki karaa Jaantuska 3aad iyo jadwalka 1aad marka waqtiga daxalka uu yahay 19 saacadood, danabka ugu badan ee daxalka ee matrix-ka birta qaawan uu yahay -0.680 V, cufnaanta hadda ee daxalka ee matrix-kuna sidoo kale waa kan ugu weyn, isagoo gaaraya 2.890 × 10-6 A/cm2. Marka lagu dahaadho dahaarka dhoobada ah ee alumina saafiga ah, cufnaanta hadda ee daxalka ayaa hoos ugu dhacday 78% PE-na wuxuu ahaa 22.01%. Waxay muujinaysaa in dahaarka dhoobada ahi uu ciyaaro door ilaalin oo wanaagsan wuxuuna hagaajin karaa iska caabbinta daxalka ee dahaarka ee elektrolytka dhexdhexaadka ah.
Markii 0.2% mwnt-cooh-sdbs ama 0.2% graphene lagu daray dahaarka, cufnaanta hadda ee daxalka ayaa hoos u dhacday, iska caabinta ayaa korodhay, iska caabinta daxalka ee dahaarkana waa la sii wanaajiyay, iyadoo PE ay tahay 38.48% iyo 40.10% siday u kala horreeyaan. Marka dusha sare lagu dahaadho 0.2% mwnt-cooh-sdbs iyo 0.2% graphene dahaarka alumina isku dhafan, hadda daxalka ayaa si dheeraad ah hoos loogu dhigayaa 2.890 × 10-6 A / cm2 ilaa 1.536 × 10-6 A / cm2, qiimaha iska caabinta ugu badan, wuxuu ka kordhay 11388 Ω ilaa 28079 Ω, PE-ga dahaarkana wuxuu gaari karaa 46.85%. Waxay muujinaysaa in badeecada la diyaariyey ay leedahay iska caabin daxaleed oo wanaagsan, saameynta isku-dhafka ah ee nanotubes-ka kaarboon iyo graphene ay si wax ku ool ah u hagaajin karto iska caabinta daxalka ee dahaarka dhoobada.
4. Saamaynta wakhtiga qooyayntu ku leedahay iska caabinta dahaarka
Si loo sii baaro iska caabbinta daxalka ee dahaarka, iyadoo la tixgelinayo saameynta waqtiga quusitaanka ee muunadda ee elektrolaytka ee tijaabada, qaloocyada isbeddelka ee iska caabbinta afarta dahaar ee waqtiyada kala duwan ee quusitaanka ayaa la helaa, sida ku cad Jaantuska 4.
Gudbi
Marxaladda hore ee quusitaanka (10 saacadood), sababtoo ah cufnaanta wanaagsan iyo qaab-dhismeedka dahaarka, elektrolytku way adag tahay in lagu dhex milmo dahaarka. Waqtigan, dahaarka dhoobada ah wuxuu muujiyaa iska caabin sare. Ka dib marka uu muddo qoyan yahay, iska caabintu si weyn ayay u yaraataa, sababtoo ah marka waqtigu sii socdo, elektrolytku wuxuu si tartiib tartiib ah u sameeyaa kanaal daxal ah oo dhex mara daloolada iyo dildilaaca dahaarka wuxuuna dhex galaa matrix-ka, taasoo keentay hoos u dhac weyn oo ku yimaada iska caabinta dahaarka.
Marxaladda labaad, marka alaabada daxalka ay gaaraan xaddi cayiman, faafinta ayaa xanniban oo farqiga ayaa si tartiib tartiib ah u xannibma. Isla mar ahaantaana, marka elektrolaytku galo isku xirka isku xirka lakabka hoose ee isku xirka / matrix-ka, molecules-ka biyuhu waxay la falgalaan curiyaha Fe ee ku jira matrix-ka isgoyska dahaarka / matrix-ka si ay u soo saaraan filim bir ah oo khafiif ah oo oksaydh ah, kaas oo carqaladeeya gelinta elektrolaytka ee matrix-ka oo kordhiya qiimaha iska caabbinta. Marka matrix-ka birta qaawan uu si elektrolayt ah u mirqo, inta badan roobabka cagaaran ee soo baxa waxaa lagu soo saaraa salka elektrolaytka. Xalka elektrolaytka ma beddelin midabka markii elektrolaytka lagu dahaadhay muunadda, taas oo caddayn karta jiritaanka falcelinta kiimikada ee kor ku xusan.
Sababtoo ah waqtiga gaaban ee qoyaanka iyo arrimaha saamaynta dibadda ee waaweyn, si loo helo xiriirka saxda ah ee isbeddelka xuduudaha elektiroonigga ah, qaloocyada Tafel ee 19 saacadood iyo 19.5 saacadood ayaa la falanqeeyaa. Cufnaanta hadda ee daxalka iyo iska caabbinta ay heshay barnaamijka falanqaynta zsimpwin waxaa lagu muujiyay Shaxda 2. Waxaa la ogaan karaa marka la qooyo 19 saacadood, marka la barbar dhigo substrate-ka qaawan, cufnaanta hadda ee daxalka ee dahaarka isku-dhafka ah ee alumina saafiga ah iyo alumina oo ka kooban agabka lagu daro nano ayaa ka yar qiimaha iska caabbintana waa ka weyn yahay. Qiimaha iska caabbinta ee dahaarka dhoobada ah oo ka kooban nanotubes kaarboon iyo dahaarka ka kooban graphene waa isku mid, halka qaab-dhismeedka dahaarka leh nanotubes kaarboon iyo agabka isku-dhafka ah ee graphene si weyn loo xoojiyay, Tani waa sababta oo ah saameynta isku-dhafka ah ee nanotubes kaarboon hal-cabbir ah iyo graphene laba-cabbir ah waxay hagaajinaysaa iska caabbinta daxalka ee walaxda.
Marka la kordhiyo waqtiga gelinta (19.5 saacadood), iska caabbinta substrate-ka qaawan ayaa kordheysa, taasoo muujinaysa inay ku jirto marxaladda labaad ee daxalka iyo filimka oksaydhka birta ah ayaa laga soo saaraa dusha sare ee substrate-ka. Sidoo kale, marka uu sii kordho waqtiga, iska caabbinta dahaarka dhoobada saafiga ah ee alumina ayaa sidoo kale kordheysa, taasoo muujinaysa in waqtigan, inkastoo ay jirto saameyn gaabis ah oo dahaarka dhoobada ah, elektrolytku uu dhex galay isku-xirka dahaarka / matrix-ka, wuxuuna soo saaray filim oksaydh ah iyada oo loo marayo fal-celin kiimiko ah.
Marka la barbardhigo dahaarka alumina ee ka kooban 0.2% mwnt-cooh-sdbs, dahaarka alumina ee ka kooban 0.2% graphene iyo dahaarka alumina ee ka kooban 0.2% mwnt-cooh-sdbs iyo 0.2% graphene, iska caabbinta dahaarka ayaa si weyn hoos ugu dhacday iyadoo waqtiga uu kordhay, taasoo hoos u dhacday 22.94%, 25.60% iyo 9.61% siday u kala horreeyaan, taasoo muujinaysa in elektrolaytku uusan gelin kala-goyska u dhexeeya dahaarka iyo substrate-ka waqtigan. Tani waa sababta oo ah qaab-dhismeedka nanotubes-ka kaarboon iyo graphene ayaa xannibaya gelitaanka hoos u dhaca elektrolaytka, sidaas darteedna ilaalinaya matrix-ka. Saamaynta isku-dhafka ah ee labada ayaa si dheeraad ah loo xaqiijiyay. Dahaarka ka kooban laba walxood oo nano ah wuxuu leeyahay iska caabbinta daxalka oo ka wanaagsan.
Iyada oo loo marayo qalooca Tafel iyo qalooca isbeddelka qiimaha korontada ee iska caabinta, waxaa la ogaaday in dahaarka dhoobada alumina ee leh graphene, nanotubes-ka kaarboon iyo isku-darka ay hagaajin karaan iska caabinta daxalka ee matrix-ka birta, iyo saameynta isku-dhafka ah ee labada ayaa sii wanaajin karta iska caabinta daxalka ee dahaarka dhoobada dhejiska ah. Si loo sii baaro saameynta waxyaabaha lagu daro nano ee iska caabinta daxalka ee dahaarka, waxaa la arkay qaab-dhismeedka dusha sare ee yar ee dahaarka ka dib daxalka.
Gudbi
Jaantuska 5aad (A1, A2, B1, B2) wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka dusha sare ee birta aan miridhku lahayn ee 304 iyo dhoobada alumina saafiga ah ee dahaarka leh ee weynaynta kala duwan ka dib daxalka. Jaantuska 5aad (A2) wuxuu muujinayaa in dusha sare ee daxalka ka dib uu noqdo mid qallafsan. Substrate-ka qaawan, dhowr godad daxal oo waaweyn ayaa ka soo muuqda dusha sare ka dib marka lagu dhex milmo elektrolytka, taasoo muujinaysa in iska caabbinta daxalka ee matrix-ka birta qaawan uu liito oo elektrolytku si fudud ugu dhex milmo matrix-ka. Dahaarka dhoobada alumina saafiga ah, sida ku cad Jaantuska 5aad (B2), inkastoo kanaallada daxalka daloolsan ay soo saaraan daxalka ka dib, qaab-dhismeedka cufan iyo iska caabbinta daxalka ee aadka u fiican ee dahaarka dhoobada alumina saafiga ah si wax ku ool ah ayay u xannibayaan duullaanka elektrolytka, taas oo sharraxaysa sababta horumarinta wax ku oolka ah ee ka hortagga dahaarka dhoobada alumina.
Gudbi
Qaab-dhismeedka dusha sare ee mwnt-cooh-sdbs, dahaarka oo ka kooban 0.2% graphene iyo dahaarka oo ka kooban 0.2% mwnt-cooh-sdbs iyo 0.2% graphene. Waxaa la arki karaa in labada dahaarka oo ka kooban graphene ee Jaantuska 6 (B2 iyo C2) ay leeyihiin qaab-dhismeed fidsan, isku xidhka u dhexeeya walxaha ku jira dahaarka waa mid adag, walxaha isku-darka ahna si adag ayaa loogu duubayaa dhejis. Inkasta oo dusha sare ay ku burburto elektrolytka, haddana kanaallo yar ayaa la sameeyaa. Ka dib daxalka, dusha sare ee dahaarka waa cufan yahay waxaana jira qaabab cillado yar. Jaantuska 6 (A1, A2), sababtoo ah sifooyinka mwnt-cooh-sdbs, dahaarka ka hor daxalka waa qaab-dhismeed daloolsan oo si siman u qaybsan. Ka dib daxalka, daloolada qaybta asalka ah waxay noqdaan kuwo cidhiidhi ah oo dheer, kanaalkuna wuu sii qoto dheeraadaa. Marka la barbar dhigo Jaantuska 6 (B2, C2), qaab-dhismeedku wuxuu leeyahay cillado badan, kaas oo la jaanqaadaya qaybinta cabbirka qiimaha iska-caabbinta dahaarka ee laga helay tijaabada daxalka elektrokiimikalka. Waxay muujinaysaa in dahaarka dhoobada ah ee alumina oo ay ku jiraan graphene, gaar ahaan isku darka graphene iyo kaarboon nanotube, uu leeyahay iska caabbinta ugu fiican ee daxalka. Tani waa sababta oo ah qaab-dhismeedka nanotube kaarboon iyo graphene ayaa si wax ku ool ah u xannibi kara faafitaanka dillaaca oo ilaalin kara matrix-ka.
5. Dood iyo soo koobid
Iyada oo loo marayo tijaabada iska caabbinta daxalka ee tuubbooyinka kaarboon iyo waxyaabaha lagu daro graphene ee dahaarka dhoobada alumina iyo falanqaynta qaab-dhismeedka dusha sare ee dahaarka, gunaanadka soo socda ayaa la soo saaray:
(1) Markii waqtiga daxalka uu ahaa 19 saacadood, iyadoo lagu daray 0.2% nanotube kaarboon isku dhafan + 0.2% graphene dahaarka dhoobada alumina ee isku dhafan, cufnaanta hadda daxalka ayaa ka korodhay 2.890 × 10-6 A / cm2 ilaa 1.536 × 10-6 A / cm2, iska caabbinta korontada ayaa laga kordhiyay 11388 Ω ilaa 28079 Ω, waxtarka iska caabbinta daxalkana waa kan ugu weyn, 46.85%. Marka la barbardhigo dahaarka dhoobada alumina ee saafiga ah, dahaarka isku dhafan ee leh graphene iyo nanotubes kaarboon wuxuu leeyahay iska caabbinta daxalka oo ka wanaagsan.
(2) Marka la kordhiyo waqtiga gelinta elektroolka, elektroolka wuxuu dhex galaa dusha sare ee dahaarka/substrate-ka si uu u soo saaro filim oksaydh bir ah, kaas oo carqaladeeya gelinta elektroolka ee substrate-ka. Impedance-ka korontada marka hore wuu yaraadaa ka dibna wuu kordhaa, iska caabbinta daxalka ee dahaarka dhoobada ah ee alumina saafiga ah waa mid liidata. Qaab-dhismeedka iyo isku-dhafka nanotubes-ka kaarboon iyo graphene ayaa xannibay gelinta elektroolka ee hoos u dhacda. Markii la qooyay 19.5 saacadood, iska caabbinta korontada ee dahaarka ka kooban walxaha nano ayaa hoos u dhacday 22.94%, 25.60% iyo 9.61% siday u kala horreeyaan, iska caabbinta daxalka ee dahaarkana way fiicnayd.
6. Habka saamaynta ee iska caabbinta daxalka dahaarka
Iyada oo loo marayo qalooca Tafel iyo qalooca isbeddelka qiimaha korontada ee iska caabinta, waxaa la ogaaday in dahaarka dhoobada alumina ee leh graphene, nanotubes-ka kaarboon iyo isku-darka ay hagaajin karaan iska caabinta daxalka ee matrix-ka birta, iyo saameynta isku-dhafka ah ee labada ayaa sii wanaajin karta iska caabinta daxalka ee dahaarka dhoobada dhejiska ah. Si loo sii baaro saameynta waxyaabaha lagu daro nano ee iska caabinta daxalka ee dahaarka, waxaa la arkay qaab-dhismeedka dusha sare ee yar ee dahaarka ka dib daxalka.
Jaantuska 5aad (A1, A2, B1, B2) wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka dusha sare ee birta aan miridhku lahayn ee 304 iyo dhoobada alumina saafiga ah ee dahaarka leh ee weynaynta kala duwan ka dib daxalka. Jaantuska 5aad (A2) wuxuu muujinayaa in dusha sare ee daxalka ka dib uu noqdo mid qallafsan. Substrate-ka qaawan, dhowr godad daxal oo waaweyn ayaa ka soo muuqda dusha sare ka dib marka lagu dhex milmo elektrolytka, taasoo muujinaysa in iska caabbinta daxalka ee matrix-ka birta qaawan uu liito oo elektrolytku si fudud ugu dhex milmo matrix-ka. Dahaarka dhoobada alumina saafiga ah, sida ku cad Jaantuska 5aad (B2), inkastoo kanaallada daxalka daloolsan ay soo saaraan daxalka ka dib, qaab-dhismeedka cufan iyo iska caabbinta daxalka ee aadka u fiican ee dahaarka dhoobada alumina saafiga ah si wax ku ool ah ayay u xannibayaan duullaanka elektrolytka, taas oo sharraxaysa sababta horumarinta wax ku oolka ah ee ka hortagga dahaarka dhoobada alumina.
Qaab-dhismeedka dusha sare ee mwnt-cooh-sdbs, dahaarka oo ka kooban 0.2% graphene iyo dahaarka oo ka kooban 0.2% mwnt-cooh-sdbs iyo 0.2% graphene. Waxaa la arki karaa in labada dahaarka oo ka kooban graphene ee Jaantuska 6 (B2 iyo C2) ay leeyihiin qaab-dhismeed fidsan, isku xidhka u dhexeeya walxaha ku jira dahaarka waa mid adag, walxaha isku-darka ahna si adag ayaa loogu duubayaa dhejis. Inkasta oo dusha sare ay ku burburto elektrolytka, haddana kanaallo yar ayaa la sameeyaa. Ka dib daxalka, dusha sare ee dahaarka waa cufan yahay waxaana jira qaabab cillado yar. Jaantuska 6 (A1, A2), sababtoo ah sifooyinka mwnt-cooh-sdbs, dahaarka ka hor daxalka waa qaab-dhismeed daloolsan oo si siman u qaybsan. Ka dib daxalka, daloolada qaybta asalka ah waxay noqdaan kuwo cidhiidhi ah oo dheer, kanaalkuna wuu sii qoto dheeraadaa. Marka la barbar dhigo Jaantuska 6 (B2, C2), qaab-dhismeedku wuxuu leeyahay cillado badan, kaas oo la jaanqaadaya qaybinta cabbirka qiimaha iska-caabbinta dahaarka ee laga helay tijaabada daxalka elektrokiimikalka. Waxay muujinaysaa in dahaarka dhoobada ah ee alumina oo ay ku jiraan graphene, gaar ahaan isku darka graphene iyo kaarboon nanotube, uu leeyahay iska caabbinta ugu fiican ee daxalka. Tani waa sababta oo ah qaab-dhismeedka nanotube kaarboon iyo graphene ayaa si wax ku ool ah u xannibi kara faafitaanka dillaaca oo ilaalin kara matrix-ka.
7. Dood iyo soo koobid
Iyada oo loo marayo tijaabada iska caabbinta daxalka ee tuubbooyinka kaarboon iyo waxyaabaha lagu daro graphene ee dahaarka dhoobada alumina iyo falanqaynta qaab-dhismeedka dusha sare ee dahaarka, gunaanadka soo socda ayaa la soo saaray:
(1) Markii waqtiga daxalka uu ahaa 19 saacadood, iyadoo lagu daray 0.2% nanotube kaarboon isku dhafan + 0.2% graphene dahaarka dhoobada alumina ee isku dhafan, cufnaanta hadda daxalka ayaa ka korodhay 2.890 × 10-6 A / cm2 ilaa 1.536 × 10-6 A / cm2, iska caabbinta korontada ayaa laga kordhiyay 11388 Ω ilaa 28079 Ω, waxtarka iska caabbinta daxalkana waa kan ugu weyn, 46.85%. Marka la barbardhigo dahaarka dhoobada alumina ee saafiga ah, dahaarka isku dhafan ee leh graphene iyo nanotubes kaarboon wuxuu leeyahay iska caabbinta daxalka oo ka wanaagsan.
(2) Marka la kordhiyo waqtiga gelinta elektroolka, elektroolka wuxuu dhex galaa dusha sare ee dahaarka/substrate-ka si uu u soo saaro filim oksaydh bir ah, kaas oo carqaladeeya gelinta elektroolka ee substrate-ka. Impedance-ka korontada marka hore wuu yaraadaa ka dibna wuu kordhaa, iska caabbinta daxalka ee dahaarka dhoobada ah ee alumina saafiga ah waa mid liidata. Qaab-dhismeedka iyo isku-dhafka nanotubes-ka kaarboon iyo graphene ayaa xannibay gelinta elektroolka ee hoos u dhacda. Markii la qooyay 19.5 saacadood, iska caabbinta korontada ee dahaarka ka kooban walxaha nano ayaa hoos u dhacday 22.94%, 25.60% iyo 9.61% siday u kala horreeyaan, iska caabbinta daxalka ee dahaarkana way fiicnayd.
(3) Sababtoo ah sifooyinka nanotubyada kaarboonka, dahaarka lagu daray nanotubyada kaarboonka oo keliya wuxuu leeyahay qaab-dhismeed daloolsan oo si siman u qaybsan ka hor daxalka. Ka dib daxalka, daloolada qaybta asalka ah waxay noqdaan kuwo cidhiidhi ah oo dheer, kanaalladana way sii qoto dheeraadaan. Dahaarka ay ku jirto graphene wuxuu leeyahay qaab-dhismeed siman ka hor daxalka, isku-darka u dhexeeya walxaha ku jira dahaarka ayaa isku dhow, walxaha isku-darka ahna si adag ayaa loogu duubayaa dhejis. Inkasta oo dusha sare ay ka tirtirto elektrolyt ka dib daxalka, waxaa jira kanaallo yar oo dalool ah qaab-dhismeedkuna wali waa cufan yahay. Qaab-dhismeedka nanotubyada kaarboonka iyo graphene waxay si wax ku ool ah u xannibi karaan faafitaanka dillaaca waxayna ilaalin karaan matrix-ka.
Waqtiga boostada: Maarso-09-2022