Studiuesit në Laboratorin Kombëtar Argonne të Departamentit të Energjisë (DOE) Argonne kanë një histori të gjatë të zbulimeve pionierë në fushën e baterive litium-jon. Shumë nga këto rezultate janë për katodën e baterisë, të quajtur NMC, manganin e nikelit dhe oksidin e kobaltit. Një bateri me këtë katodë tani fuqizon Bolt Chevrolet.
Studiuesit e Argonne kanë arritur një përparim tjetër në katodat e NMC. Struktura e re e vogël e grimcave të katodës së vogël të ekipit mund ta bëjë baterinë më të qëndrueshme dhe më të sigurt, në gjendje të funksionojë me tensione shumë të larta dhe të sigurojë varg udhëtimi më të gjatë.
"Tani kemi udhëzime që prodhuesit e baterive mund të përdorin për të bërë materiale katodë me presion të lartë, pa kufi," Khalil Amin, Emeritus Fellow Argonne.
"Katodat ekzistuese NMC paraqesin një pengesë të madhe për punën e tensionit të lartë," tha Ndihmësi i Kimistit Guiliang Xu. Me çiklizëm të ngarkuar me ngarkesë, performanca bie me shpejtësi për shkak të formimit të çarjeve në grimcat e katodës. Për dekada të tëra, studiuesit e baterive kanë kërkuar mënyra për të riparuar këto çarje.
Një metodë në të kaluarën e përdorur grimca të vogla sferike të përbëra nga shumë grimca shumë më të vogla. Grimcat e mëdha sferike janë polikristaline, me fusha kristalore të orientimeve të ndryshme. Si rezultat, ata kanë atë që shkencëtarët i quajnë kufijtë e grurit midis grimcave, të cilat mund të bëjnë që bateria të plasaritet gjatë një cikli. Për të parandaluar këtë, kolegët e Xu dhe Argonne kishin zhvilluar më parë një shtresë polimer mbrojtës rreth secilës grimcë. Kjo shtresë rrethon grimca të mëdha sferike dhe grimca më të vogla brenda tyre.
Një mënyrë tjetër për të shmangur këtë lloj plasaritje është përdorimi i grimcave të vetme kristal. Mikroskopia elektronike e këtyre grimcave tregoi se ato nuk kanë kufij.
Problemi për ekipin ishte se katodat e bëra nga polikristalet e veshura dhe kristalet e vetme ende të plasaritura gjatë çiklizmit. Prandaj, ata kryen analiza të gjera të këtyre materialeve katodike në burimin e përparuar të fotonit (APS) dhe Qendrën për Nanomateriale (CNM) në Departamentin e Shkencave Argonne të Departamentit të Energjisë në SH.B.A.
Analiza të ndryshme me rreze X u kryen në pesë armë APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C dhe 34-ID-E). Rezulton se ajo që shkencëtarët menduan se ishte një kristal i vetëm, siç tregohet nga mikroskopia e elektroneve dhe rrezeve X, në të vërtetë kishte një kufi brenda. Mikroskopi elektronik skanimi dhe transmetimi i CNMS konfirmoi këtë përfundim.
"Kur shikuam morfologjinë sipërfaqësore të këtyre grimcave, ato dukeshin si kristale të vetme," tha fizikani Wenjun Liu. Â� <"但是 ， 当我们在 aps 使用一种称为同步加速器 x 射线衍射显微镜的技术和其他技术时 ， 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 Â� <"但是 ， 当 在 在 使用 使用 种 称为 加速器 加速器 射线 显微镜 的 技术 和 其他 其他 ， 我们 发现 边界 隐藏 在。 在。 在。"Sidoqoftë, kur kemi përdorur një teknikë të quajtur mikroskopi të difraksionit me rreze X sinkrotron dhe teknika të tjera në APS, zbuluam se kufijtë ishin të fshehur brenda."
Me rëndësi, ekipi ka zhvilluar një metodë për të prodhuar kristale të vetme pa kufij. Testimi i qelizave të vogla me këtë katodë me një kristal në voltazhe shumë të larta tregoi një rritje prej 25% të ruajtjes së energjisë për vëllimin e njësisë me praktikisht asnjë humbje në performancën mbi 100 cikle provash. Në të kundërt, katodat NMC të përbëra nga kristale të vetme me shumë ndërfaqe ose polikristal të veshura treguan një rënie të kapacitetit prej 60% deri 88% gjatë të njëjtës jetë.
Llogaritjet e shkallës atomike zbulojnë mekanizmin e uljes së kapacitetit të katodës. Sipas Maria Chang, një nanoshkencëtar në CNM, kufijtë kanë më shumë të ngjarë të humbasin atomet e oksigjenit kur bateria ngarkohet sesa zonat më larg tyre. Kjo humbje e oksigjenit çon në degradimin e ciklit qelizor.
"Llogaritjet tona tregojnë se si kufiri mund të çojë në lëshimin e oksigjenit me presion të lartë, i cili mund të çojë në ulje të performancës," tha Chan.
Eleminimi i kufirit parandalon evolucionin e oksigjenit, duke përmirësuar kështu sigurinë dhe stabilitetin ciklik të katodës. Matjet e evolucionit të oksigjenit me APS dhe një burim i përparuar i dritës në Departamentin e SHBA të Laboratorit Kombëtar të Lawrence Berkeley të Energjisë konfirmojnë këtë përfundim.
"Tani kemi udhëzime që prodhuesit e baterive mund të përdorin për të bërë materiale katodike që nuk kanë kufij dhe të veprojnë me presion të lartë," tha Khalil Amin, Emeritus i Argonne. Â� <"该指南应适用于 nmc 以外的其他正极材料。" Â� <"该指南应适用于 nmc 以外的其他正极材料。""Udhëzimet duhet të zbatohen për materialet katodike përveç NMC."
Një artikull në lidhje me këtë studim u shfaq në revistën Nature Energy. Përveç Xu, Amin, Liu dhe Chang, autorët e Argonne janë Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, JunJing Deng, Inhui Hwang, Chengun Zonghai Chen. Shkencëtarët nga Laboratori Kombëtar i Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, dhe Zengqing Zhuo), Universiteti Xiamen (Jing-Jing Fan, Ling Huang dhe Shi-Gang Sun) dhe Universiteti Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng dhe Mingao Ouyang).
Rreth Qendrës Argonne për Nanomateriale Qendra për Nanomateriale, një nga pesë Qendrat e Kërkimit të Nanoteknologjisë së Departamentit të Energjisë në SH.B.A., është Institucioni Kombëtar i Përdoruesve Kombëtar për Hulumtimin Ndërdisiplinor të Nanoskalës të mbështetur nga Zyra e Shkencave e Departamentit të Energjisë në SH.B.A. të Energjisë. Së bashku, NSRC formojnë një grup të lehtësirave plotësuese që u ofrojnë studiuesve aftësi më të mira për fabrikimin, përpunimin, karakterizimin dhe modelimin e materialeve të nanoskallës dhe përfaqësojnë investimet më të mëdha të infrastrukturës nën Iniciativën Kombëtare të Nanoteknologjisë. NSRC është e vendosur në Departamentin e Laboratorëve Kombëtarë të Departamentit të Energjisë në Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia dhe Los Alamos. Për më shumë informacion në lidhje me NSRC DOE, vizitoni https: // shkenca .osti .gov/us er-f a c i lit dmth s/ne er-f a c i l it dmth d dmth s s-në -a shikim.
Burimi i përparuar i fotonit i Departamentit të Energjisë (APS) në Laboratorin Kombëtar Argonne është një nga burimet më produktive të rrezeve X në botë. APS siguron rreze X me intensitet të lartë për një komunitet të larmishëm kërkimor në shkencën e materialeve, kiminë, fizikën e lëndës së kondensuar, jetën dhe shkencat e mjedisit, dhe hulumtimet e aplikuara. Këto rreze X janë ideale për studimin e materialeve dhe strukturave biologjike, shpërndarjen e elementeve, gjendjet kimike, magnetike dhe elektronike, dhe sisteme inxhinierike teknikisht të rëndësishme të të gjitha llojeve, nga bateritë deri tek bateritë e injektorit të karburantit, të cilat janë jetike për ekonominë tonë kombëtare, teknologjinë. dhe trupi baza e shëndetit. Yeardo vit, më shumë se 5,000 studiues përdorin APS për të botuar më shumë se 2,000 botime që detajojnë zbulime të rëndësishme dhe zgjidhjen e strukturave më të rëndësishme të proteinave biologjike sesa përdoruesit e çdo qendre tjetër kërkimore me rreze X. Shkencëtarët dhe inxhinierët e APS po zbatojnë teknologji inovative që janë baza për përmirësimin e performancës së përshpejtuesve dhe burimeve të dritës. Kjo përfshin pajisjet hyrëse që prodhojnë rreze X jashtëzakonisht të ndritshme të çmuara nga studiuesit, lente që përqendrojnë rrezet X poshtë në disa nanometra, instrumente që maksimizojnë mënyrën e ndërveprimit të rrezeve X me mostrën nën studim, dhe mbledhja dhe menaxhimi i hulumtimit të APS Discoveries gjenerojnë vëllime të mëdha të të dhënave.
Ky studim përdori burime nga Advanced Photon Source, një Qendra e Përdoruesve të Departamentit të Energjisë së Shkencave të SH.B.A.-së të operuar nga Laboratori Kombëtar Argonne për Departamentin e Shkencave të Departamentit të Energjisë në SHBA nën numrin e kontratës DE-AC02-06CH11357.
Laboratori Kombëtar Argonne përpiqet të zgjidhë problemet e ngutshme të shkencës dhe teknologjisë vendase. Si laboratori i parë kombëtar në Shtetet e Bashkuara, Argonne kryen hulumtime themelore dhe të aplikuara në pothuajse çdo disiplinë shkencore. Studiuesit e Argonne punojnë ngushtë me studiues nga qindra kompani, universitete dhe agjenci federale, shtetërore dhe komunale për t'i ndihmuar ata të zgjidhin probleme specifike, të përparojnë udhëheqjen shkencore të SHBA dhe të përgatisin kombin për një të ardhme më të mirë. Argonne punëson punonjës nga mbi 60 vende dhe operohet nga Uchicago Argonne, LLC e Zyrës së Shkencave të Departamentit të Energjisë në SHBA.
Zyra e Shkencës së Departamentit të Energjisë në SHBA është përkrahësi më i madh i vendit për hulumtimin themelor në shkencat fizike, duke punuar për të adresuar disa nga çështjet më të ngutshme të kohës sonë. Për më shumë informacion, vizitoni https: // Energjia .gov/Science ience.