Ang mga mananaliksik sa US Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory ay may mahabang kasaysayan ng mga pagtuklas sa pangunguna sa larangan ng mga baterya ng lithium-ion. Marami sa mga resulta na ito ay para sa baterya cathode, na tinatawag na NMC, Nickel Manganese at Cobalt Oxide. Ang isang baterya na may katod na ito ngayon ay pinapagana ang Chevrolet Bolt.
Nakamit ng mga mananaliksik ng Argonne ang isa pang tagumpay sa NMC Cathodes. Ang bagong maliliit na istraktura ng maliit na butil ng koponan ay maaaring gawing mas matibay at mas ligtas ang baterya, magagawang gumana sa napakataas na boltahe at magbigay ng mas mahabang saklaw ng paglalakbay.
"Mayroon kaming gabay na maaaring magamit ng mga tagagawa ng baterya upang makagawa ng mataas na presyon, walang hangganan na mga materyales sa katod," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Ang umiiral na mga cathode ng NMC ay nagtatanghal ng isang pangunahing sagabal para sa mataas na boltahe," sabi ng katulong na chemist na si Guiliang Xu. Sa pagbibisikleta ng singil, mabilis na bumababa ang pagganap dahil sa pagbuo ng mga bitak sa mga partikulo ng katod. Sa loob ng mga dekada, ang mga mananaliksik ng baterya ay naghahanap ng mga paraan upang ayusin ang mga bitak na ito.
Ang isang pamamaraan sa nakaraan ay gumagamit ng maliliit na spherical particle na binubuo ng maraming mas maliit na mga partikulo. Ang mga malalaking spherical particle ay polycrystalline, na may mga mala -kristal na domain ng iba't ibang mga orientation. Bilang isang resulta, mayroon silang tinatawag na mga siyentipiko na mga hangganan ng butil sa pagitan ng mga particle, na maaaring maging sanhi ng pag -crack ng baterya sa panahon ng isang ikot. Upang maiwasan ito, ang mga kasamahan nina Xu at Argonne ay dati nang nakabuo ng isang proteksiyon na polymer coating sa paligid ng bawat butil. Ang patong na ito ay pumapalibot sa malalaking spherical particle at mas maliit na mga particle sa loob ng mga ito.
Ang isa pang paraan upang maiwasan ang ganitong uri ng pag -crack ay ang paggamit ng mga solong particle ng kristal. Ang mikroskopya ng elektron ng mga particle na ito ay nagpakita na wala silang mga hangganan.
Ang problema para sa koponan ay ang mga cathode na ginawa mula sa pinahiran na polycrystals at mga solong kristal na basag pa rin sa pagbibisikleta. Samakatuwid, nagsagawa sila ng malawak na pagsusuri ng mga materyales na katod na ito sa Advanced Photon Source (APS) at Center for Nanomaterial (CNM) sa Argonne Science Center ng US Department of Energy.
Ang iba't ibang mga pag-aaral ng X-ray ay isinagawa sa limang APS arm (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C at 34-ID-E). Ito ay lumiliko na ang naisip ng mga siyentipiko ay isang solong kristal, tulad ng ipinakita ng elektron at x-ray mikroskopya, ay talagang may hangganan sa loob. Ang pag -scan at paghahatid ng elektron mikroskopya ng CNMS ay nakumpirma ang konklusyon na ito.
"Kapag tiningnan namin ang morpolohiya sa ibabaw ng mga particle na ito, mukhang nag -iisang kristal," sabi ng pisika na si 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。" Â� <"但是 ， 当 在 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 和 其他 时 我们 发现 发现 边界 隐藏 在。""Gayunpaman, kapag ginamit namin ang isang pamamaraan na tinatawag na Synchrotron X-ray diffraction mikroskopya at iba pang mga pamamaraan sa APS, nalaman namin na ang mga hangganan ay nakatago sa loob."
Mahalaga, ang koponan ay nakabuo ng isang pamamaraan upang makabuo ng mga solong kristal na walang mga hangganan. Ang pagsubok sa mga maliliit na cell na may single-crystal cathode na ito sa napakataas na boltahe ay nagpakita ng isang 25% na pagtaas sa pag-iimbak ng enerhiya bawat dami ng yunit na walang pagkawala sa pagganap ng higit sa 100 mga siklo ng pagsubok. Sa kaibahan, ang mga cathode ng NMC na binubuo ng mga multi-interface na solong kristal o pinahiran na polycrystals ay nagpakita ng isang pagbagsak ng kapasidad na 60% hanggang 88% sa parehong buhay.
Ang mga kalkulasyon ng atomic scale ay nagpapakita ng mekanismo ng pagbawas ng capacitance ng katod. Ayon kay Maria Chang, isang nanoscientist sa CNM, ang mga hangganan ay mas malamang na mawalan ng mga atomo ng oxygen kapag ang baterya ay sisingilin kaysa sa mga lugar na malayo sa kanila. Ang pagkawala ng oxygen ay humahantong sa pagkasira ng cell cycle.
"Ang aming mga kalkulasyon ay nagpapakita kung paano ang hangganan ay maaaring humantong sa oxygen na pinakawalan sa mataas na presyon, na maaaring humantong sa nabawasan na pagganap," sabi ni Chan.
Ang pag -aalis ng hangganan ay pinipigilan ang ebolusyon ng oxygen, sa gayon pinapabuti ang kaligtasan at siklo na katatagan ng katod. Ang mga pagsukat ng ebolusyon ng oxygen na may APS at isang advanced na mapagkukunan ng ilaw sa Lawrence Berkeley National Laboratory ng US Department of Energy ay nagpapatunay sa konklusyon na ito.
"Ngayon ay mayroon kaming mga alituntunin na maaaring magamit ng mga tagagawa ng baterya upang makagawa ng mga materyales sa katod na walang mga hangganan at gumana sa mataas na presyon," sabi ni Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus. 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。""Ang mga alituntunin ay dapat mag -aplay sa mga materyales sa katod maliban sa NMC."
Ang isang artikulo tungkol sa pag -aaral na ito ay lumitaw sa journal Nature Energy. Bilang karagdagan sa Xu, Amin, Liu at Chang, ang mga may -akda ng Argonne ay Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du, Zonghai Chen. Ang mga siyentipiko mula sa Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li, at Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan, Ling Huang at Shi-Gang Sun) at Tsinghua University (Dongsheng Ren, Xuning Feng at Mingao Ouyang).
Tungkol sa Argonne Center para sa Nanomaterial Ang Center for Nanomaterials, isa sa limang US Department of Energy Nanotechnology Research Center, ay ang Premier National User Institution para sa Interdisciplinary Nanoscale Research na suportado ng US Department of Energy's Office of Science. Sama-sama, ang mga NSRC ay bumubuo ng isang suite ng mga pantulong na pasilidad na nagbibigay ng mga mananaliksik ng mga kakayahan ng state-of-the-art para sa paggawa ng katha, pagproseso, pagkilala, at pagmomolde ng mga materyales na nanoscale at kumakatawan sa pinakamalaking pamumuhunan sa imprastraktura sa ilalim ng National Nanotechnology Initiative. Ang NSRC ay matatagpuan sa US Department of Energy National Laboratories sa Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, at Los Alamos. Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa nsrc doe, bisitahin ang https: // science .osti .gov/us er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l it ie ie s-at -a glance.
Ang Advanced na Photon Source (APS) ng US Department of Energy ay isa sa mga pinaka-produktibong mapagkukunan ng X-ray sa buong mundo. Nagbibigay ang APS ng high-intensity X-ray sa isang magkakaibang pamayanan ng pananaliksik sa mga materyales sa agham, kimika, condensed matter physics, buhay at environment science, at inilapat na pananaliksik. Ang mga x-ray na ito ay mainam para sa pag-aaral ng mga materyales at biological na istruktura, ang pamamahagi ng mga elemento, kemikal, magnetic at electronic na estado, at mga teknolohiyang mahalagang sistema ng engineering ng lahat ng uri, mula sa mga baterya hanggang sa mga nozzle ng fuel injector, na mahalaga sa ating pambansang ekonomiya, teknolohiya. at katawan ang batayan ng kalusugan. Bawat taon, higit sa 5,000 mga mananaliksik ang gumagamit ng mga AP upang mag-publish ng higit sa 2,000 mga pahayagan na nagdedetalye ng mga mahahalagang pagtuklas at paglutas ng mas mahalagang mga istruktura ng biological na protina kaysa sa mga gumagamit ng anumang iba pang sentro ng pananaliksik ng X-ray. Ang mga siyentipiko at inhinyero ng APS ay nagpapatupad ng mga makabagong teknolohiya na siyang batayan para sa pagpapabuti ng pagganap ng mga accelerator at magaan na mapagkukunan. Kasama dito ang mga aparato ng pag-input na gumagawa ng sobrang maliwanag na X-ray na pinapahalagahan ng mga mananaliksik, mga lente na nakatuon sa x-ray hanggang sa ilang mga nanometer, ang mga instrumento na mapakinabangan ang paraan ng pakikipag-ugnay sa X-ray sa sample sa ilalim ng pag-aaral, at ang koleksyon at pamamahala ng mga natuklasan ng APS ay bumubuo ng malaking dami ng data.
Ang pag-aaral na ito ay gumagamit ng mga mapagkukunan mula sa Advanced Photon Source, isang US Department of Energy Office of Science User Center na pinatatakbo ng Argonne National Laboratory para sa US Department of Energy Office of Science sa ilalim ng Numero ng Kontrata DE-AC02-06CH11357.
Ang Argonne National Laboratory ay nagsisikap na malutas ang pagpindot ng mga problema ng domestic science at teknolohiya. Bilang unang pambansang laboratoryo sa Estados Unidos, ang Argonne ay nagsasagawa ng pagputol ng pangunahing at inilapat na pananaliksik sa halos bawat disiplina na pang-agham. Ang mga mananaliksik ng Argonne ay nakikipagtulungan nang malapit sa mga mananaliksik mula sa daan -daang mga kumpanya, unibersidad, at mga ahensya ng pederal, estado, at munisipyo upang matulungan silang malutas ang mga tiyak na problema, isulong ang pamunuan ng pang -agham ng US, at ihanda ang bansa para sa isang mas mahusay na hinaharap. Ang Argonne ay gumagamit ng mga empleyado mula sa higit sa 60 mga bansa at pinatatakbo ni Uchicago Argonne, LLC ng Office of Science ng Kagawaran ng Enerhiya.
Ang Opisina ng Agham ng Kagawaran ng Enerhiya ng US ay ang pinakamalaking proponent ng bansa ng pangunahing pananaliksik sa mga pisikal na agham, nagtatrabaho upang matugunan ang ilan sa mga pinaka -pagpindot na isyu sa ating panahon. Para sa karagdagang impormasyon, bisitahin ang https: // enerhiya .gov/science ience.