Ir-riċerkaturi fil-Laboratorju Nazzjonali Argonne 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, nikil-manganiż u ossidu tal-kobalt. Batterija b’dan il-katodu issa tħaddem iċ-Chevrolet Bolt.
Ir-riċerkaturi ta' Argonne kisbu avvanz ieħor fil-katodi tal-NMC. L-istruttura l-ġdida tal-partiċelli żgħar tal-katodu tat-tim tista' tagħmel il-batterija aktar durabbli u aktar sigura, kapaċi topera f'vultaġġi għoljin ħafna u tipprovdi firxiet ta' vvjaġġar itwal.
“Issa għandna gwida li l-manifatturi tal-batteriji jistgħu jużaw biex jagħmlu materjali katodiċi mingħajr fruntieri u bi pressjoni għolja,” Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
“Il-katodi NMC eżistenti jippreżentaw ostaklu ewlieni għax-xogħol ta’ vultaġġ għoli,” qal l-assistent kimiku Guiliang Xu. Biċ-ċikliżmu tal-ċarġ u l-iskariku, il-prestazzjoni tonqos malajr minħabba l-formazzjoni ta’ xquq fil-partiċelli tal-katodu. Għal għexieren ta’ snin, ir-riċerkaturi tal-batteriji ilhom ifittxu modi kif isewwu dawn ix-xquq.
Metodu wieħed fil-passat kien juża partiċelli sferiċi ċkejkna magħmula minn ħafna partiċelli ferm iżgħar. Il-partiċelli sferiċi kbar huma polikristallini, b'dominji kristallini ta' orjentazzjonijiet varji. B'riżultat ta' dan, għandhom dak li x-xjentisti jsejħu konfini tal-qamħ bejn il-partiċelli, li jistgħu jikkawżaw li l-batterija tinqasam waqt ċiklu. Biex jipprevjenu dan, il-kollegi ta' Xu u Argonne kienu żviluppaw qabel kisi protettiv tal-polimeru madwar kull partiċella. Dan il-kisi jdawwar partiċelli sferiċi kbar u partiċelli iżgħar fihom.
Mod ieħor biex jiġi evitat dan it-tip ta’ qsim huwa li jintużaw partiċelli ta’ kristall wieħed. Il-mikroskopija elettronika ta’ dawn il-partiċelli wriet li m’għandhomx konfini.
Il-problema għat-tim kienet li l-katodi magħmula minn polikristalli miksija u kristalli singoli xorta kienu jinkisru waqt iċ-ċikliżmu. Għalhekk, wettqu analiżi estensiva ta’ dawn il-materjali tal-katodu fl-Advanced Photon Source (APS) u ċ-Ċentru għan-Nanomaterjali (CNM) fiċ-Ċentru tax-Xjenza Argonne tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.
Saru diversi analiżijiet bir-raġġi-x fuq ħames dirgħajn tal-APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C u 34-ID-E). Jirriżulta li dak li x-xjentisti ħasbu li kien kristall wieħed, kif muri mill-mikroskopija elettronika u bir-raġġi-X, fil-fatt kellu fruntiera ġewwa. Il-mikroskopija elettronika tal-iskannjar u tat-trażmissjoni tas-CNMs ikkonfermat din il-konklużjoni.
“Meta ħarisna lejn il-morfoloġija tal-wiċċ ta’ dawn il-partiċelli, dehru qishom kristalli singoli,” qal il-fiżiku 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 微镜 的 咶 朗 朗我们 发现 边界 隐藏 在。”"Madankollu, meta użajna teknika msejħa mikroskopija tad-diffrazzjoni tar-raġġi-X tas-sinkrotron u tekniki oħra fl-APS, sibna li l-konfini kienu moħbija ġewwa."
Importanti, it-tim żviluppa metodu biex jipproduċi kristalli singoli mingħajr konfini. L-ittestjar ta’ ċelloli żgħar b’dan il-katodu ta’ kristall wieħed f’vultaġġi għoljin ħafna wera żieda ta’ 25% fil-ħażna tal-enerġija għal kull unità ta’ volum bi kważi l-ebda telf fil-prestazzjoni fuq 100 ċiklu ta’ ttestjar. B’kuntrast, katodi NMC magħmula minn kristalli singoli b’interfaċċja multipla jew polikristalli miksija wrew tnaqqis fil-kapaċità ta’ 60% sa 88% matul l-istess ħajja.
Kalkoli fuq skala atomika jiżvelaw il-mekkaniżmu tat-tnaqqis tal-kapaċitanza tal-katodu. Skont Maria Chang, nanoxjenzata fis-CNM, il-konfini huma aktar probabbli li jitilfu atomi tal-ossiġnu meta l-batterija tiġi ċċarġjata milli żoni aktar 'il bogħod minnhom. Dan it-telf ta' ossiġnu jwassal għad-degradazzjoni taċ-ċiklu taċ-ċellula.
"Il-kalkoli tagħna juru kif il-konfini jista' jwassal biex l-ossiġnu jiġi rilaxxat bi pressjoni għolja, u dan jista' jwassal għal prestazzjoni mnaqqsa," qal Chan.
L-eliminazzjoni tal-konfini tipprevjeni l-evoluzzjoni tal-ossiġnu, u b'hekk ittejjeb is-sikurezza u l-istabbiltà ċiklika tal-katodu. Kejl tal-evoluzzjoni tal-ossiġnu bl-APS u sors ta' dawl avvanzat fil-Laboratorju Nazzjonali Lawrence Berkeley tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti jikkonferma din il-konklużjoni.
“Issa għandna linji gwida li l-manifatturi tal-batteriji jistgħu jużaw biex jagħmlu materjali tal-katodu li m’għandhomx limiti u joperaw bi pressjoni għolja,” qal 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。”"Il-linji gwida għandhom japplikaw għal materjali katodiċi għajr l-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 Sun, Tao Zhou, u Zhou Mhaiing. Xjentisti mil-Laboratorju Nazzjonali Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, u Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan , Ling Huang u Shi-Gang Sun) u Tsinghua University (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 tal-Istati Uniti, huwa l-istituzzjoni nazzjonali ewlenija tal-utenti għar-riċerka interdixxiplinarja fuq in-nano-skala appoġġjata mill-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti. Flimkien, l-NSRCs jiffurmaw sett ta' faċilitajiet komplementari li jipprovdu lir-riċerkaturi b'kapaċitajiet avvanzati għall-fabbrikazzjoni, l-ipproċessar, il-karatterizzazzjoni u l-immudellar ta' materjali fuq in-nano-skala u jirrappreżentaw l-akbar investiment fl-infrastruttura taħt l-Inizjattiva Nazzjonali tan-Nanoteknoloġija. L-NSRC jinsab fil-Laboratorji Nazzjonali tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti f'Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, u Los Alamos. Għal aktar informazzjoni dwar l-NSRC DOE, żur https://science.osti.gov/User-F-F-c-i-lit-ie-s/User-F-c-i-l-it-ie-s-at-a-Glance.
L-Advanced Photon Source (APS) tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti fil-Laboratorju Nazzjonali Argonne huwa wieħed mill-aktar sorsi produttivi ta' raġġi-X fid-dinja. L-APS jipprovdi raġġi-X ta' intensità għolja lil komunità ta' riċerka diversa fix-xjenza tal-materjali, il-kimika, il-fiżika tal-materja kkondensata, ix-xjenzi tal-ħajja u ambjentali, u r-riċerka applikata. Dawn ir-raġġi-X huma ideali għall-istudju ta' materjali u strutturi bijoloġiċi, id-distribuzzjoni tal-elementi, stati kimiċi, manjetiċi u elettroniċi, u sistemi ta' inġinerija teknikament importanti ta' kull tip, minn batteriji sa żennuni tal-injettur tal-fjuwil, li huma vitali għall-ekonomija nazzjonali tagħna, it-teknoloġija u l-ġisem, il-bażi tas-saħħa. Kull sena, aktar minn 5,000 riċerkatur jużaw l-APS biex jippubblikaw aktar minn 2,000 pubblikazzjoni li jiddettaljaw skoperti importanti u jsolvu strutturi ta' proteini bijoloġiċi aktar importanti mill-utenti ta' kwalunkwe ċentru ieħor ta' riċerka bir-raġġi-X. Ix-xjentisti u l-inġiniera tal-APS qed jimplimentaw teknoloġiji innovattivi li huma l-bażi għat-titjib tal-prestazzjoni tal-aċċeleraturi u s-sorsi tad-dawl. Dan jinkludi apparati ta' input li jipproduċu raġġi-X qawwijin ħafna li huma apprezzati mir-riċerkaturi, lentijiet li jiffokaw 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-ġestjoni ta' skoperti tal-APS. Ir-riċerka tiġġenera volumi enormi ta' dejta.
Dan l-istudju uża riżorsi minn Advanced Photon Source, Ċentru tal-Utenti tal-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti mħaddem mil-Laboratorju Nazzjonali Argonne għall-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija 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 domestiċi. Bħala l-ewwel laboratorju nazzjonali fl-Istati Uniti, Argonne twettaq riċerka bażika u applikata avvanzata fi kważi kull dixxiplina xjentifika. Ir-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 lin-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 tal-Enerġija tal-Istati Uniti huwa l-akbar proponent nazzjonali tar-riċerka bażika fix-xjenzi fiżiċi, u qed jaħdem biex jindirizza wħud mill-aktar kwistjonijiet urġenti ta’ żmienna. Għal aktar informazzjoni, żur https://energy.gov/science.ience.