Riċerkaturi fil-Laboratorju Nazzjonali tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti (DOE) għandhom storja twila ta 'skoperti pijunieri fil-qasam tal-batteriji tal-jone tal-litju. Ħafna minn dawn ir-riżultati huma għall-katodu tal-batterija, imsejjaħ NMC, Nickel Manganiż u Ossidu tal-Kobalt. Batterija b'dan il-katodu issa tagħti l-bolt Chevrolet.
Riċerkaturi ta 'Argonne kisbu avvanz ieħor fil-katodi NMC. L-istruttura tal-partiċelli tal-katodu ċkejkna l-ġdida tat-tim tista 'tagħmel il-batterija aktar durabbli u aktar sikura, kapaċi topera b'voltaġġi għoljin ħafna u tipprovdi firxiet ta' vjaġġar itwal.
"Issa għandna gwida li l-manifatturi tal-batteriji jistgħu jużaw biex jagħmlu materjali tal-katodiċi bi pressjoni għolja u mingħajr fruntieri," Khalil Amin, Argonne sħabna emeritus.
"Il-katodi NMC eżistenti jippreżentaw ostaklu kbir għal xogħol ta 'vultaġġ għoli," qal l-Assistent Kimiku Guiliang Xu. Biċċiet ta 'ħruġ ta' ħlas, il-prestazzjoni tinżel malajr minħabba l-formazzjoni ta 'xquq fil-partiċelli tal-katodu. Għal għexieren ta ’snin, riċerkaturi tal-batteriji ilhom ifittxu modi kif isewwu dawn ix-xquq.
Metodu wieħed fil-passat uża partiċelli sferiċi ċkejkna magħmula minn partiċelli ħafna iżgħar. Partiċelli sferiċi kbar huma polikristallini, b'oqsma kristallini ta 'diversi orjentazzjonijiet. Bħala riżultat, huma għandhom dak li x-xjenzati jsejħu l-konfini tal-qamħ bejn il-partiċelli, li jistgħu jikkawżaw il-batterija xquq matul ċiklu. Biex tevita dan, il-kollegi ta 'Xu u Argonne qabel żviluppaw kisi ta' polimeru protettiv madwar kull partiċella. Dan il-kisi jdawwar partiċelli sferiċi kbar u partiċelli iżgħar fi ħdanhom.
Mod ieħor biex tevita dan it-tip ta 'qsim huwa li tuża partiċelli ta' kristall wieħed. Mikroskopija elettronika ta 'dawn il-partiċelli wriet li m'għandhomx fruntieri.
Il-problema għat-tim kienet li katodi magħmula minn polikristalli miksija u kristalli singoli għadhom ikkrekkjati waqt iċ-ċikliżmu. Għalhekk, huma wettqu analiżi estensiva ta 'dawn il-materjali tal-katodi fis-sors tal-fotoni avvanzati (APS) u ċ-Ċentru għan-Nanomaterjali (CNM) fiċ-Ċentru tax-Xjenza tal-Argonne tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.
Diversi analiżi tar-raġġi X saru fuq ħames armi APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C u 34-ID-E). Jirriżulta li dak li x-xjenzati ħasbu li kien kristall wieħed, kif muri mill-elettroni u l-mikroskopija tar-raġġi X, fil-fatt kellhom fruntiera ġewwa. L-iskannjar u t-trasmissjoni tal-mikroskopija elettronika ta 'CNMs ikkonfermaw din il-konklużjoni.
"Meta ħarisna lejn il-morfoloġija tal-wiċċ ta 'dawn il-partiċelli, dehru qishom kristalli singoli," qal il-fiżiċista 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 和 其他 时 ， ， 我们 发现 边界 边界 隐藏 隐藏 在。"Madankollu, meta użajna teknika msejħa mikroskopija ta 'diffrazzjoni tar-raġġi X ta' Synchrotron u tekniki oħra fl-APS, sibna li l-konfini kienu moħbija ġewwa."
Importanti li t-tim żviluppa metodu biex jipproduċi kristalli singoli mingħajr fruntieri. Ittestjar ta 'ċelloli żgħar b'dan il-katodu ta' kristall wieħed b'voltaġġi għoljin ħafna wera żieda ta '25% fil-ħażna ta 'enerġija għal kull unità ta' volum bi kważi l-ebda telf fil-prestazzjoni fuq 100 ċiklu tat-test. B'kuntrast, katodi NMC komposti minn kristalli singoli b'ħafna interface jew polikristalli miksija wrew tnaqqis fil-kapaċità ta '60% sa 88% matul l-istess ħajja.
Il-kalkoli fuq skala atomika juru l-mekkaniżmu tat-tnaqqis tal-kapaċitanza tal-katodiċi. Skond Maria Chang, nanoscientista fis-CNM, il-konfini huma aktar probabbli li jitilfu l-atomi tal-ossiġnu meta l-batterija tiġi ċċarġjata minn żoni aktar 'il bogħod minnhom. Dan it-telf ta 'ossiġnu jwassal għal degradazzjoni taċ-ċiklu taċ-ċellula.
"Il-kalkoli tagħna juru kif il-konfini jista 'jwassal biex l-ossiġnu jiġi rilaxxat bi pressjoni għolja, li tista' twassal għal prestazzjoni mnaqqsa," qal Chan.
L-eliminazzjoni tal-konfini tipprevjeni l-evoluzzjoni tal-ossiġnu, u b'hekk ittejjeb is-sigurtà u l-istabbiltà ċiklika tal-katodu. Kejl ta 'evoluzzjoni ta' ossiġnu b'APS u sors ta 'dawl avvanzat fid-Dipartiment ta' l-Enerġija ta 'Lawrence Berkeley Laboratorju Nazzjonali jikkonferma din il-konklużjoni.
"Issa għandna linji gwida li l-manifatturi tal-batteriji jistgħu jużaw biex jagħmlu materjali katodiċi li m'għandhomx fruntieri u joperaw bi pressjoni għolja," qal Khalil Amin, Argonne Emeritus sħabu. 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。""Il-linji gwida għandhom japplikaw għal materjali tal-katodiċi minbarra NMC."
Artiklu dwar dan l-istudju deher fil-ġurnal Nature Energy. Minbarra Xu, Amin, Liu u Chang, l-awturi ta 'Argonne huma 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 Du, u Zonghai Chen. Xjentisti mill-Laboratorju Nazzjonali Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, u Zengqing Zhuo), Xiamen University (fan-Jing-Jing, Ling Huang u Shi-Gang Sun) u l-Università Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng u Mingao Ouyang).
Dwar iċ-Ċentru Argonne għan-Nanomaterjali Iċ-Ċentru għan-Nanomaterjali, wieħed mill-ħames Ċentri ta 'Riċerka dwar in-Nanoteknoloġija tad-Dipartiment tal-Enerġija, huwa l-Premier Istituzzjoni Nazzjonali għall-Utent għar-Riċerka Interdixxiplinarja Nanoskala appoġġata mill-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tax-Xjenza tal-Istati Uniti. Flimkien, l-NSRCs jiffurmaw suite ta 'faċilitajiet komplementari li jipprovdu lir-riċerkaturi b'kapaċitajiet state-of-the-art għall-fabbrikazzjoni, l-ipproċessar, il-karatterizzazzjoni, u l-immudellar ta' materjali nanoskala u jirrappreżentaw l-akbar investiment infrastrutturali taħt l-inizjattiva nanoteknoloġija nazzjonali. L-NSRC jinsab fil-Laboratorji Nazzjonali tad-Dipartiment tal-Enerġija ta 'l-Istati Uniti f'Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, u Los Alamos. Għal aktar informazzjoni dwar in-NSRC DOE, żur https: // Science .OSTI .Gov / US ER - F A C I LIT IE S / US ER - F A C I L IE IE IE S - AT -AD-ĦARSA.
Id-Dipartiment ta 'l-Enerġija ta' l-Enerġija Advanced Photon Source (APS) fil-Laboratorju Nazzjonali ta 'Argonne huwa wieħed mill-aktar sorsi ta' raġġi X produttivi fid-dinja. L-APS jipprovdi raġġi X ta 'intensità għolja għal komunità ta' riċerka diversa fix-xjenza tal-materjali, il-kimika, il-fiżika tal-materja kondensata, il-ħajja u x-xjenzi ambjentali, u riċerka applikata. Dawn ir-raġġi X huma ideali għall-istudju ta 'materjali u strutturi bijoloġiċi, id-distribuzzjoni ta' elementi, stati kimiċi, manjetiċi u elettroniċi, u sistemi ta 'inġinerija importanti teknikament ta' kull tip, minn batteriji għal żennuni ta 'injetturi tal-fjuwil, li huma vitali għall-ekonomija nazzjonali tagħna, it-teknoloġija. u l-korp il-bażi tas-saħħa. Kull sena, aktar minn 5,000 riċerkatur jużaw APS biex jippubblikaw aktar minn 2,000 pubblikazzjoni li jiddettaljaw skoperti importanti u jsolvu strutturi bijoloġiċi aktar importanti minn utenti ta 'kwalunkwe ċentru ieħor ta' riċerka tar-raġġi X. Xjentisti u inġiniera tal-APS qed jimplimentaw teknoloġiji innovattivi li huma l-bażi għat-titjib tal-prestazzjoni ta ’aċċeleraturi u sorsi tad-dawl. Dan jinkludi apparati ta 'input li jipproduċu raġġi X estremament brillanti minn riċerkaturi, lentijiet li jiffukaw ir-raġġi X sa ftit nanometri, strumenti li jimmassimizzaw il-mod kif ir-raġġi X jinteraġixxu mal-kampjun li qed jiġi studjat, u l-ġbir u l-immaniġġjar ta' skoperti ta 'APS jiġġenera volumi ta' dejta enormi.
Dan l-istudju uża riżorsi minn Advanced Photon Source, Ċentru tal-Utent tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti mħaddma mill-Laboratorju Nazzjonali ta ’Argonne għad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Uffiċċju tax-Xjenza tal-Istati Uniti taħt in-numru tal-kuntratt DE-AC02-06CH11357.
Il-Laboratorju Nazzjonali ta 'Argonne jistinka biex isolvi l-problemi urġenti tax-xjenza u t-teknoloġija domestika. Bħala l-ewwel laboratorju nazzjonali fl-Istati Uniti, Argonne twettaq riċerka bażika u applikata minn kull dixxiplina xjentifika. Riċerkaturi ta 'Argonne jaħdmu mill-qrib ma' riċerkaturi minn mijiet ta 'kumpaniji, universitajiet, u aġenziji federali, statali u muniċipali biex jgħinuhom isolvu problemi speċifiċi, javvanzaw it-tmexxija xjentifika tal-Istati Uniti, u jħejju n-nazzjon għal futur aħjar. Argonne timpjega impjegati minn aktar minn 60 pajjiż u hija mħaddma minn Uchicago Argonne, LLC tal-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.
L-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment ta 'l-Enerġija ta' l-Istati Uniti huwa l-akbar proponent tan-nazzjon ta 'riċerka bażika fix-xjenzi fiżiċi, li jaħdem biex jindirizza wħud mill-iktar kwistjonijiet urġenti ta' żmienna. Għal aktar informazzjoni, żur https: // energy .gov / xjenza ience.