التطبيقات

تجذب بطاريات أيونات الصوديوم (SIBs) الاهتمام كبديل اقتصادي لبطاريات أيونات الليثيوم، بفضل وفرة الصوديوم في قشرة الأرض (2.6% مقابل 0.0065% لليثيوم). على الرغم من ذلك، لا تزال بطاريات أيونات الصوديوم (SIBs) أقل كثافة في الطاقة، مما يُبرز الحاجة إلى مواد أقطاب كهربائية عالية السعة. يُعد الكربون الصلب مرشحًا قويًا لأنودات بطاريات أيونات الصوديوم (SIBs) نظرًا لانخفاض إمكانية تخزين الصوديوم فيه وسعته العالية. ومع ذلك، تؤثر عوامل مثل توزيع النطاقات الدقيقة للجرافيت، والمسام المغلقة، وتركيز العيوب بشكل كبير على الكفاءة الكولومبية الأولية (ICE) والاستقرار. تواجه استراتيجيات التعديل قيودًا. يمكن أن يؤدي التطعيم بالذرات غير المتجانسة إلى زيادة السعة ولكنه يقلل من كفاءة ICE. تساعد تقنية الترسيب الكيميائي البخاري التقليدي على تكوين مسام مغلقة، ولكنها تعاني من بطء تحلل الميثان، ودورات طويلة، وتراكم العيوب. فريق البروفيسور يان يو في جامعة العلوم والتكنولوجيا في الصين (USTC) استخدمت مجهر المسح الإلكتروني (SEM) من CIQTEK لدراسة مورفولوجيا مختلف مواد الكربون الصلب. طوّر الفريق طريقة ترسيب بخاري كيميائي بمساعدة محفز (CVD) لتعزيز تحلل الميثان (CH₄) وتنظيم البنية الدقيقة للكربون الصلب. وقد خفّضت محفزات المعادن الانتقالية، مثل الحديد (Fe) والكوبالت (Co) والنيكل (Ni)، حاجز الطاقة لتحلل الميثان (CH₄) بفعالية، مما حسّن الكفاءة وقلّص زمن الترسيب. ومع ذلك، يميل الكوبالت والنيكل إلى التسبب في تَحَوُّل مفرط للكربون المترسب إلى جرافيت، مُشكِّلين هياكل مستطيلة شبيهة بالجرافيت في كلا الاتجاهين الجانبي والسمكي، مما أعاق تخزين ونقل أيونات الصوديوم. في المقابل، سهَّل الحديد إعادة ترتيب الكربون بشكل مناسب، مما أدى إلى بنية مجهرية مُحسَّنة ذات عيوب أقل ومجالات جرافيت متطورة. أدى هذا التحسين إلى تقليل تخزين الصوديوم غير القابل للعكس، وعزز الكفاءة الكولومبية الأولية (ICE)، وزاد من توافر مواقع تخزين الصوديوم القابلة للعكس. نتيجةً لذلك، حققت عينة الكربون الصلب المُحسّنة (HC-2) سعة عكسية مذهلة بلغت 457 مللي أمبير/ساعة، ونسبة تجميد عالية بلغت 90.6%. علاوةً على ذلك، أكّد حيود الأشعة السينية الموضعي (XRD) وطيف رامان الموضعي وجود آلية تخزين صوديوم تعتمد على الامتزاز، والتداخل، وملء المسام. نُشرت الدراسة في المواد الوظيفية المتقدمة تحت عنوان: هندسة الترسيب الكيميائي للبخار بمساعدة المحفز للكربون الصلب ذي المسام المغلقة الوفيرة لبطاريات أيونات الصوديوم عالية الأداء. كما هو موضح في الشكل 1أ، تم تصنيع الكربون الصلب بطريقة الترسيب الكيميائي للبخار بمساعدة المحفز (CVD) باستخدام الكربون المسامي التجاري كمادة أولية والميثان (CH₄) كغاز تغذية. يوضح الشكل 1د طاقات امتصاص CH₄ ومركباته الوسيطة المنزوعة الهيدروجين على محفزات معدنية (Fe، Co، Ni) وأسطح كربونية مسامية، مما يشير إلى أن استخدام محفزات معدنية يقلل من حاجز الطاقة لتحلل CH₄، حيث يُعد Fe الأكثر فعالية في تعزيز تحلل CH₄ ومركباته الوسيطة. تكشف صور المجهر الإلكتروني النافذ (HRTEM) عالية الدقة في ظل ظروف محفز مختلفة (الأشكال 1e-h) أن: بدون محفز، يظهر الكربون الصلب بنية غير منظمة للغاية مليئة بالعيوب. مع وجود Fe كمحفز، يتميز الكربون الصلب الناتج ببلورات دقيقة قصيرة المدى تشبه الجرافيت ومسام مغلقة مدمجة بين مجالات الجرافيت. يعمل الكوبالت على تعزيز توسع مجالات الجرافيت ويزيد من عدد طبقات الجرافيت. يؤدي النيكل إلى تكوين بنية جرافيتية وحتى تكوين أنابيب نان...

استفاد فريق البروفيسور يانيو في USTC ال سيكتيك ستعليبهـإلكترونممجهر SEM3200 لدراسة مورفولوجيا ما بعد الدورة. طوّر الفريق كربونًا غير متبلور ذي عيوب قابلة للتحكم، كمادة مرشحة لطبقة واجهة اصطناعية توازن بين قابلية البوتاسيوم والنشاط التحفيزي. حضّر فريق البحث سلسلة من مواد الكربون بدرجات متفاوتة من العيوب (يُشار إليها بـ SC-X، حيث يمثل X درجة حرارة الكربنة) عن طريق تنظيم درجة حرارة الكربنة. وجدت الدراسة أن مادة SC-800 ذات العيوب المفرطة تُسبب تحللًا كبيرًا للإلكتروليت، مما ينتج عنه طبقة SEI غير متساوية وتقصير دورة الحياة. أما مادة SC-2300، ذات أقل العيوب، فقد أظهرت تقاربًا غير كافٍ للبوتاسيوم، وحفزت نموًا شجريًا للبوتاسيوم بسهولة. أما مادة SC-1600، ذات طبقة كربون مرتبة موضعيًا، فقد أظهرت بنية عيوب مُحسّنة، محققةً أفضل توازن بين محبة البوتاسيوم والنشاط التحفيزي. ويمكنها تنظيم تحلل الإلكتروليت وتكوين طبقة SEI كثيفة وموحدة. أظهرت النتائج التجريبية أن SC-1600@K أظهر استقرارًا طويل الأمد للدورة لمدة تصل إلى 2000 ساعة تحت كثافة تيار تبلغ 0.5 مللي أمبير سم-2 وسعة 0.5 مللي أمبير سم-2. حتى تحت كثافة تيار أعلى (1 مللي أمبير سم-2) والسعة (1 مللي أمبير سم-2حافظت على أداء كهروكيميائي ممتاز مع دورات مستقرة تجاوزت 1300 ساعة. في اختبار الخلية الكاملة، عند إقرانها بقطب موجب PTCDA، حافظت على 78% من قدرتها على الاحتفاظ بالسعة بعد 1500 دورة عند كثافة تيار 1 أمبير/غرام، مما يدل على ثبات ممتاز للدورة. هذا البحث بعنوانتم نشره فيالمواد المتقدمة.الشكل 1:تُعرض نتائج تحليل البنية الدقيقة لعينات الكربون (SC-800، SC-1600، وSC-2300) المُحضرة عند درجات حرارة كربنة مختلفة. باستخدام تقنيات مثل حيود الأشعة السينية (XRD)، وطيف رامان، وطيف الأشعة السينية الضوئية الإلكترونية (XPS)، وتشتت الأشعة السينية واسع الزاوية (WAXS)، تم تحليل البنية البلورية، ومستوى العيوب، ونسبة التطعيم بالأكسجين والنيتروجين في هذه العينات. أظهرت النتائج أنه مع ارتفاع درجة حرارة الكربنة، انخفضت العيوب في مواد الكربون تدريجيًا، وأصبح الهيكل البلوري أكثر انتظامًا. الشكل 2:تم تحليل توزيع كثافة التيار خلال نمو معدن البوتاسيوم على أقطاب كهربائية سالبة مركبة مختلفة باستخدام محاكاة العناصر المحدودة. أظهرت نتائج المحاكاة أن القطب الكهربائي المركب SC-1600@K أظهر توزيعًا منتظمًا للتيار أثناء ترسب البوتاسيوم، مما ساعد على تثبيط نمو الشجيرات بفعالية. بالإضافة إلى ذلك، تم قياس معامل يونغ لطبقة SEI باستخدام مجهر القوة الذرية (AFM)، وأظهرت النتائج أن طبقة SEI على القطب الكهربائي SC-1600@K تتمتع بمعامل مرونة أعلى، مما يدل على صلابتها العالية وقدرتها على تثبيط تكوين الشجيرات. الشكل 3:يُعرض الأداء الكهروكيميائي لأقطاب كهربائية مركبة مختلفة (SC-800@K، وSC-1600@K، وSC-2300@K) في خلايا متماثلة. أظهر قطب SC-1600@K استقرارًا ممتازًا للدورة وانخفاضًا في الجهد الزائد عند كثافات وسعات تيار مختلفة. علاوة على ذلك، أكدت مطيافية المعاوقة الكهروكيميائية (EIS) واختبار ساند الزمني مزايا قطب SC-1600@K في تثبيط نمو الخلايا الشجيرية والحفاظ على استقرار طبقة SEI. الشكل 4:تم تحليل بنية وتركيب طبقة SEI على أقطاب سالبة مركبة مختلفة باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ المبرد (Cryo-TEM) ومطياف كتلة الأيونات الثانوية لزمن الطيران (ToF-SIMS). أظهرت النتائج أن قطب SC-1600@K يتميز بطبقة SEI موحدة ورقيقة وغنية بالمواد غير العضوية، مما يُسهّل حركية نقل أيونات ا...

تعد رقائق نحاس الليثيوم عالية الأداء إحدى المواد الرئيسية لبطاريات الليثيوم أيون وترتبط ارتباطًا وثيقًا بأداء البطارية. ومع تزايد الطلب على السعة الأعلى والكثافة الأعلى والشحن الأسرع في الأجهزة الإلكترونية ومركبات الطاقة الجديدة، فقد تم أيضًا رفع متطلبات مواد البطاريات. من أجل تحقيق أداء أفضل للبطارية، من الضروري تحسين المؤشرات الفنية العامة لرقائق نحاس الليثيوم، بما في ذلك جودة السطح والخصائص الفيزيائية والاستقرار والتوحيد. تحليل البنية المجهرية باستخدام تقنية المجهر الإلكتروني الماسح-EBSD في علم المواد، يحدد التركيب والبنية المجهرية الخواص الميكانيكية. المجهر الإلكتروني الماسح(SEM) هي أداة علمية شائعة الاستخدام لتوصيف سطح المواد، مما يسمح بمراقبة الشكل السطحي لرقائق النحاس وتوزيع الحبوب. بالإضافة إلى ذلك، يعد حيود التشتت الخلفي للإلكترون (EBSD) تقنية توصيف مستخدمة على نطاق واسع لتحليل البنية المجهرية للمواد المعدنية. ومن خلال تكوين كاشف EBSD على المجهر الإلكتروني الماسح للانبعاثات الميدانية، يمكن للباحثين تحديد العلاقة بين المعالجة والبنية المجهرية والخواص الميكانيكية. يوضح الشكل أدناه الشكل السطحي لرقائق النحاس الإلكتروليتية التي تم التقاطها بواسطة CIQTEK انبعاث المجال SEM5000 سطح أملس من رقائق النحاس/2 كيلو فولت/ETD سطح مطفي من رقائق النحاسe/2kV/ETD عندما يكون سطح العينة مسطحًا بدرجة كافية، يمكن الحصول على تصوير تباين قناة الإلكترون (ECCI) باستخدام كاشف التشتت الخلفي SEM. يشير تأثير توجيه الإلكترون إلى انخفاض كبير في انعكاس الإلكترونات من نقاط الشبكة البلورية عندما يفي شعاع الإلكترون الساقط بشرط حيود براغ، مما يسمح للعديد من الإلكترونات باختراق الشبكة وإظهار تأثير "التوجيه". لذلك، بالنسبة للمواد متعددة البلورات المسطحة المصقولة، تعتمد شدة الإلكترونات المرتدة على الاتجاه النسبي بين شعاع الإلكترون الساقط والمستويات البلورية. سوف تنتج الحبوب ذات سوء التوجيه الأكبر إشارات إلكترونية متناثرة أقوى وتباينًا أعلى، مما يتيح التحديد النوعي لتوزيع اتجاه الحبوب من خلال ECCI. تكمن ميزة ECCI في قدرتها على مراقبة مساحة أكبر على سطح العينة. لذلك، قبل الحصول على EBSD، يمكن استخدام تصوير ECCI للتوصيف العياني السريع للبنية المجهرية على سطح العينة، بما في ذلك مراقبة حجم الحبوب، والتوجه البلوري، ومناطق التشوه، وما إلى ذلك. ثم، يمكن استخدام تقنية EBSD لتعيين منطقة المسح المناسبة وحجم الخطوة لمعايرة التوجه البلوري في المناطق ذات الاهتمام. يستخدم الجمع بين EBSD وECCI بشكل كامل مزايا تقنيات التصوير البلوري في أبحاث المواد. باستخدام تقنية تلميع المقطع العرضي لشعاع الأيون، تحصل CIQTEK على مقاطع عرضية من رقائق النحاس المسطحة التي تلبي تمامًا متطلبات تصوير ECCI وتحليل EBSD على المجهر الإلكتروني الماسح. يوضح الشكل أدناه توصيف رقائق النحاس الإلكتروليتية باستخدام CIQTEK انبعاث المجال SEM5000 صورة المقطع العرضي لرقائق النحاس كهربائيا ECCI توزيع اتجاه المقطع العرضي لرقائق النحاس كهربائيا لا تستطيع تقنية EBSD وصف حجم الحبوب وأبعادها فحسب، بل يمكنها أيضًا الكشف عن معلومات حول نوع نسيج المادة ونسبة حدود الحبوب وما إلى ذلك. من خلال دراسة التطور الهيكلي المجهري لرقائق النحاس الإلكتروليتية من خلال إعداد عينة الشعاع الأيوني جنبًا إلى جنب مع تقنيات SEM وEBSD، فمن الممكن من الأهمية بمكان تقييم الاختلافات في تأثيرات المعالجة، وتحسين الخواص الكهروكيميائية للمواد، وتحسين عمر دورة البطارية...

I. بطارية ليثيوم أيون   بطارية الليثيوم أيون هي بطارية ثانوية، تعتمد بشكل أساسي على أيونات الليثيوم التي تتحرك بين القطبين الموجب والسالب للعمل. أثناء عملية الشحن والتفريغ، يتم دمج أيونات الليثيوم وتفكيكها ذهابًا وإيابًا بين القطبين من خلال الحجاب الحاجز، ويتم تخزين وإطلاق طاقة أيون الليثيوم من خلال تفاعل الأكسدة والاختزال لمادة الإلكترود.   تتكون بطارية ليثيوم أيون بشكل أساسي من مادة القطب الموجب، والحجاب الحاجز، ومواد القطب السالب، والكهارل، ومواد أخرى. من بينها، يلعب الحجاب الحاجز الموجود في بطارية الليثيوم أيون دورًا في منع الاتصال المباشر بين الأقطاب الكهربائية الموجبة والسالبة، ويسمح بالمرور الحر لأيونات الليثيوم في المنحل بالكهرباء، مما يوفر قناة صغيرة مسامية لنقل أيون الليثيوم.   يؤثر حجم المسام ودرجة المسامية وانتظام التوزيع وسمك غشاء بطارية الليثيوم أيون بشكل مباشر على معدل الانتشار وسلامة المنحل بالكهرباء، مما له تأثير كبير على أداء البطارية. إذا كان حجم مسام الحجاب الحاجز صغيرًا جدًا، فستكون نفاذية أيونات الليثيوم محدودة، مما يؤثر على أداء نقل أيونات الليثيوم في البطارية، ويزيد من مقاومة البطارية. إذا كانت الفتحة كبيرة جدًا، فقد يؤدي نمو تشعبات الليثيوم إلى اختراق الحجاب الحاجز، مما يتسبب في وقوع حوادث مثل الدوائر القصيرة أو الانفجارات.   Ⅱ. تطبيق المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني في الكشف عن غشاء الليثيوم   يمكن استخدام المجهر الإلكتروني الماسح ملاحظة حجم المسام وانتظام توزيع الحجاب الحاجز، ولكن أيضًا على المقطع العرضي للحجاب الحاجز متعدد الطبقات والمغلف لقياس سمك الحجاب الحاجز. مواد الحجاب الحاجز التجارية التقليدية هي في الغالب أفلام صغيرة مسامية محضرة من مواد البولي أوليفين، بما في ذلك أفلام البولي إيثيلين (PE)، والبولي بروبيلين (PP) أحادية الطبقة، والأفلام المركبة ثلاثية الطبقات PP/PE/PP. مواد بوليمر البولي أوليفين عازلة وغير موصلة، وهي حساسة للغاية لحزم الإلكترون، مما قد يؤدي إلى تأثيرات الشحن عند ملاحظتها تحت الجهد العالي، ويمكن أن تتلف البنية الدقيقة لأغشية البوليمر بواسطة حزم الإلكترون. يتمتع المجهر الإلكتروني الماسح بالانبعاث الميداني SEM5000، والذي تم تطويره بشكل مستقل بواسطة GSI، بالقدرة على الجهد المنخفض والدقة العالية، ويمكنه مراقبة البنية الدقيقة لسطح الحجاب الحاجز بشكل مباشر عند الجهد المنخفض دون الإضرار بالحجاب الحاجز.   تنقسم عملية تحضير الحجاب الحاجز بشكل أساسي إلى نوعين من الطرق الجافة والرطبة. الطريقة الجافة هي طريقة التمدد الذائب، بما في ذلك عملية التمدد أحادية الاتجاه وعملية التمدد ثنائية الاتجاه، والعملية بسيطة، ولها تكاليف تصنيع منخفضة، وهي طريقة شائعة لإنتاج غشاء بطارية ليثيوم أيون. يحتوي الحجاب الحاجز المحضر بالطريقة الجافة على مسامية صغيرة مسطحة وطويلة (الشكل 1)، لكن الحجاب الحاجز المُجهز أكثر سمكًا، والتوحيد المسامي الصغير ضعيف، ومن الصعب التحكم في حجم المسام والمسامية، وكثافة طاقة البطارية المجمعة منخفضة، وتستخدم بشكل أساسي في بطاريات الليثيوم أيون المنخفضة.     الشكل 1: الحجاب الحاجز الجاف الممتد / 0.5 كيلو فولت / Inlens   تتضمن العملية الرطبة، أي فصل الطور الحراري، خلط وصهر البوليمرات بمذيبات عالية الغليان، وما إلى ذلك، وإنتاج أغشية مسامية دقيقة من خلال عملية فصل طور التبريد، والتمدد، والاستخلاص والتجفيف، والمعالجة الحرارية والتجفيف. تشكيل. بالمقارنة...

في يناير 2022، حقق نظام القياس اللاحق CatLiD-I 675 المقدم من CIQTEK-QOILTECH عملية ناجحة في حقل الغاز Linxingzhong الواقع في الموقع الانتقالي بين منحدر Yishaan ومنطقة طيات الانحناء Jinxi في Ordos الحوض، وهو ما تعترف به الأطراف ذات العلاقة جيداً. تتكون الصخور في الجزء العلوي والسفلي من التماس للطبقة المستهدفة من هذا البئر بشكل أساسي من الحجر الطيني والحجر الطيني الكربوني. يتم دفن طبقة الفحم على عمق كبير، وتتوفر بيانات مرجعية أقل في الآبار المحيطة. قسم التماس الفحم عرضة لانهيار الجدار وتسرب الآبار، والحفر العالق في قاع البئر، والحفر المدفون، وغيرها من الحوادث المعقدة. علاوة على ذلك، فإن تعديل ميل البئر كبير بسبب تقدم الهبوط. تم التقاط البتة القريبة CIQTEK-QOILTECH CatLiD-I 675 من ارتفاع 2208 مترًا وتطابق منحنى إعادة الاختبار مع الأجهزة العلوية، مما يوفر بيانات للتوجيه لإعطاء نقطة هبوط دقيقة.     عند الهبوط، بسبب تقدم طبقة الفحم، يتجه المسار إلى أسفل طبقة الفحم، ويقيس منحنى جاما للجزء القريب نمط المنحنى الكامل لطبقة الفحم من الأعلى إلى الأسفل، مما يوفر أساسًا للحكم على موضع مسار البئر داخل طبقة الفحم لاحقًا. يكون تغير منحنى جاما للقمة القريبة أثناء الحفر واضحًا بدقة عالية ويحكم بدقة الموضع داخل وخارج طبقة الفحم وداخل طبقة الفحم. إن التغيير الدقيق لقيمة الشوائب في طبقة الفحم يمكن أن يحدد بشكل فعال موقع المسار، مما يحسن معدل مواجهة الحفر ونعومة مسار البئر.     قسم الخدمة لهذا البئر هو 2208-3208 م، مع لقطات تراكمية 1000 م ومعدل لقاء الحفر 91.7٪؛ رحلة للحفر حتى عمق الاكتمال، مع زمن تراكمي لقاع البئر يبلغ 168 ساعة، و53.5 ساعة من الحفر النقي، ومتوسط ​​سرعة حفر ميكانيكية تبلغ 18.69 م/ساعة، مما يقصر دورة الحفر بشكل كبير! عملت طواقم CIQTEK-QOILTECH في الموقع والفرق ذات الصلة معًا لتقصير دورة الحفر، وزيادة معدل لقاء الحفر، وتقليل المخاطر، وحصلت أخيرًا على إشادة كبيرة من الجميع! يعد نظام القياس