लिथियम आयन बैटरी ऊर्जा घनत्व आवश्यकताओं को बढ़ाने के लिए जारी रखने के साथ, पारंपरिक ग्रेफाइट नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री मुश्किल हो गया है उच्च ऊर्जा लिथियम आयन बैटरी की जरूरतों को पूरा करने के लिए है, जबकि सी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री प्रतिवर्ती क्षमता 4200mAh / जी (Li4.4Si), ग्रेफाइट वोल्टेज पठार तक पहुँच जाता है सामग्री निकटता में कर रहे हैं, एक आदर्श विकल्प नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री है, लेकिन 300% लिथियम अप के दौरान सी नकारात्मक इलेक्ट्रोड सामग्री की मात्रा विस्तार, इस तरह के सी सामग्री सक्षम किए बिना इतनी बड़ी मात्रा विस्तार का सामना करने, जबकि सी उभरती प्रौद्योगिकियों के लिए वर्ष nanowires कुचल पाउडर, लेकिन मात्रा अभी भी दोहराया विस्तार सक्रिय सामग्री के कारण और प्रवाहकीय नेटवर्क कनेक्शन सक्रिय पदार्थ की कमी के कारण खो दिया है।
सी, निपटान के nanostructure मात्रा विस्तार की सतह कोटिंग एक सामग्री SiOx, Al2O3, TiO2 और सी पर की तरह का उपयोग कर एक सतह उपचार के साथ लेपित nanowires उदाहरण के लिए, का एक प्रभावी तरीका प्रभावी रूप से Si की संरचनात्मक स्थिरता में वृद्धि कर सकते nanowires विशेष SiOx लेपित है प्रक्रिया अपेक्षाकृत सरल है केवल सी nanowire सतह ऑक्सीकरण उपचार प्राप्त किया जा सकता SiOx लेपित सी nanowires द्वारा, TEM विश्लेषण भी पता चला कि, SiOx सतह परत अच्छी तरह से सी nanowires की मात्रा विस्तार को दबाने कर सकते हैं, और इसलिए लेपित है SiOx Si nanowires का इलाज करने के लिए एक बहुत ही आदर्श तरीका है।
लेकिन सीटू TEM अवलोकन, ऑस्टिन में टेक्सास विश्वविद्यालय एमिली आर एडकिन्स (प्रथम लेखक) और ब्रायन ए Korgel (इसी लेखक) पर पाया गया कि सी की SiOx कोटिंग उपचार के उपयोग के पहले चार्ज और डिस्चार्ज में nanowires इस प्रक्रिया में सी, छिद्रों में nanowires की एक बड़ी संख्या का उत्पादन करेगा ताकि सी मात्रा बढ़ जाती है nanowires केवल एक चक्र के बाद 40% से, एमिली आर एडकिन्स इस संबंध देखी सी nanowires के SiOx सतह और आंतरिक सीमा सतह के लिए छेद दोष प्रवास, इसका कारण विकसित करने के लिए जारी रखने के लिए और न्यूक्लिएशन लिथियम प्रविष्टि सामग्री विभिन्न अनुमापी संबंधित विस्तार के दौरान छिद्रों के अंदर बनाई है SiOx, सी के साथ दूसरे हाथ पर,।
सी nanowires सुपरक्रिटिकल तरल पदार्थ द्वारा प्रयोग में उपयोग किया जाता है - एक ठोस (SFLS), 800 ℃ में तो गर्मी का इलाज प्राप्त करने की एक विधि है, और (निम्न चित्र सी nanowires के सतह परत में ऑक्साइड परत के बारे में 10nm की मोटाई होने - लिक्विड दिखाया गया है)।
इसके बाद, एमिली आर एडकिन्स सी nanowires और लिथियम विरूपण दौरान delithiated की विधि सीटू TEM मनाया गया, और तस्वीर से पता चलता लिथियम अलग समय सीटू TEM छवि की सी nanowires delithiated , सी nanowires के सतह के साथ शुरू अंजीर लिथियम प्रविष्टि प्रक्रिया से देखा जा सकता है, और फिर nanowire के मूल में फैल गया। व्यास के अनुदैर्ध्य दिशा में लिथियम के स्तर में वृद्धि, सी nanowires के साथ लगे और महत्वपूर्ण मात्रा आया है विस्तार, अंतिम मात्रा विस्तार लगभग 130% तक पहुँच जाता है, बहुत सैद्धांतिक मात्रा कम से कम 300% विस्तार, nanowire सी सी पूरी तरह से लिथियम रोकता के ऑक्साइड सतह से पता चला है तो के रूप में प्रभावी रूप से लिथियम प्रविष्टि विस्तार के दौरान सी सामग्री की मात्रा को दबाने के लिए ।
छवि से डी लिथियम को हटाने के दौरान सी nanowires में उत्पादित छिद्रों की एक बड़ी संख्या में देखा जा सकता है, एक ही घटना SiOx सी की सतह कोटिंग में भी है मनाया नैनोकणों, micropores की मौजूदगी की वजह से , भले ही सी की मात्रा लिथियम पूरी तरह से बंद nanowires अभी भी मूल की तुलना में 40% की वृद्धि है। दिलचस्प बात यह है इन micropores फिर से लिथियम, लिथियम बंद करने की प्रक्रिया में फिर से गायब हो जाते हैं, लेकिन अभी भी के बाद होगा दिखाई देते हैं, लेकिन इन छिद्रों मात्रा पहले lithiation के बाद कब्जा कर लिया आगे मात्रा में 25% की वृद्धि होगी की तुलना में।
निम्न चित्र से पता चलता सी nanowires की मात्रा विस्तार के कारण लिथियम की सी nanowires की एक प्रक्रिया बहुत बड़ा है (270%), जो तोड़ने के दौरान SiOx सतह की आंतरिक परत का कारण बनता है होता है, इस मामले में मुक्ति सी nanowires में प्रकट नहीं होता micropores, अगर सी की सतह SiOx का कोई परत nanowires, सी nanowires जबकि आंतरिक micropores delithiation के बाद प्रकट नहीं।
आम तौर पर करने के बाद, सी के अंदर ली धीमी प्रसार दर के बाद से, आम तौर पर micropores फार्म नहीं है, केवल घटना का उत्पादन किया छिद्रों ऐसे जीई nanowires या डोपिंग उपचार के रूप में कुछ तेजी से ली प्रसार दृश्य में दिखाई देते हैं, सी nanowire छेद परिवहन बैरियर पर सी nanowires के बारे में 0.45 eV, और बाधा बाल (0.47eV) तो छेद के पास में अनाकार सी में ली के प्रवास आम तौर पर बनाई है गणना micropores दिखाने से पहले है जो सी nanowires के सतह में फैलाना होगा, लेकिन अगर SiOx सी nanowire सतह की लेपित परत काफी अलग हो जाता है, SiOx बाधा में छेद परिवहन, 0.72 eV तक पहुँच जाता है, तो ली SiOx के साथ प्रतिक्रिया Li2Si2O5, Li4SiO4, Li2O निर्माण करने के लिए, एक लिथियम सिलिकेट और अन्य उत्पादों, जिसमें बाधा के छेद गतिशीलता आगे बढ़ जाएगी पैदा दुर्भाग्य से हम आरोप-मुक्ति की प्रक्रिया के लिए TEM SiOx परत द्वारा निरीक्षण किया प्रतिक्रिया में भाग लेने करता है , सी LixSi और अन्य उत्पादों, जो बहुत प्रसार छेद SiOx nanowires में कठिनाई बढ़ जाती है, इस प्रकार छेद की एक बड़ी संख्या सी / SiOx इंटरफेस में जमा किया जाएगा, और केंद्रक और विकास, microporous हो जाता है, इंटरफेस के साथ छिद्रों की संख्या में वृद्धि, न्यूक्लिएशन ध्यान में लीन होना और लांग diffusing सी nanowires की ओर कोर, आंतरिक nanowire सी में micropores की एक बड़ी संख्या के गठन, सी delithiated मात्रा जिसके परिणामस्वरूप मूल स्थिति में और क्योंकि सी आवास और SiOx के बीच nanowires बहाल नहीं कर सकते nanowires जाएगा मात्रा विस्तार, nanowires सी में विभिन्न तनाव का उत्पादन आगे गठन और micropores की विकास को बढ़ावा देने होंगे।
एमिली आर एडकिन्स अध्ययनों से संकेत मिलता है कि हालांकि सी nanowires एक सतह ऑक्साइड परत के साथ लेपित अच्छी तरह से सी nanowires के विस्तार के दौरान मात्रा में डालने लिथियम दबा दिया जा सकता है, लेकिन यह भी है, जिसके परिणामस्वरूप प्रपत्र micropores सी nanowires में आरोप-प्रवाह प्रक्रिया में परिणाम, delithiation के बाद मात्रा विस्तार है, जो बाद में एक सी nanowires डिजाइन विचार करने की आवश्यकता कर रहे हैं का एक काफी डिग्री रहता है सी nanowires।
