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, manganiż tan-nikil u ossidu tal-kobalt.Batterija b'dan il-katodu issa tħaddem il-Chevrolet Bolt.
Ir-riċerkaturi ta 'Argonne kisbu avvanz ieħor fil-katodi NMC.L-istruttura l-ġdida tal-partiċelli tal-katodu ċkejkna tat-tim tista 'tagħmel il-batterija aktar dejjiema u aktar sigura, kapaċi topera b'vultaġġi għoljin ħafna u tipprovdi meded ta' vjaġġar itwal.
"Issa għandna gwida li l-manifatturi tal-batteriji jistgħu jużaw biex jagħmlu materjali tal-katodi bi pressjoni għolja u mingħajr fruntieri," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Katodi NMC eżistenti jippreżentaw ostaklu kbir għal xogħol ta 'vultaġġ għoli," qal l-assistent kimiku Guiliang Xu.Bċ-ċikliżmu ta 'ċarġ-discharge, il-prestazzjoni tinżel malajr minħabba l-formazzjoni ta' xquq fil-partiċelli tal-katodu.Għal għexieren ta 'snin, ir-riċerkaturi tal-batteriji ilhom ifittxu modi biex isewwi dawn ix-xquq.
Metodu wieħed fil-passat kien juża partiċelli sferiċi ċkejkna magħmulin minn ħafna partiċelli ferm iżgħar.Partiċelli sferiċi kbar huma polikristallini, b'dominji kristallini ta 'diversi orjentazzjonijiet.Bħala riżultat, għandhom dak li x-xjenzati jsejħu l-konfini tal-qamħ bejn il-partiċelli, li jistgħu jikkawżaw li l-batterija tinqasam waqt ċiklu.Biex jipprevjenu dan, il-kollegi ta 'Xu u Argonne qabel kienu żviluppaw kisja protettiva ta' polimeru madwar kull partiċella.Dan il-kisi jdawru partiċelli sferiċi kbar u partiċelli iżgħar fihom.
Mod ieħor biex jiġi evitat dan it-tip ta 'qsim huwa li tuża 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 għadhom ikkrekkjati waqt iċ-ċikliżmu.Għalhekk, wettqu analiżi estensiva ta 'dawn il-materjali tal-katodu fis-Sors tal-Photon Avvanzat (APS) u ċ-Ċentru għan-Nanomaterjali (CNM) fiċ-Ċentru tax-Xjenza tal-Argonne tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.
Twettqu diversi analiżi tar-raġġi-x fuq ħames armi 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 tal-elettroni u tar-raġġi X, fil-fatt kellu limitu ġewwa.Il-mikroskopija elettronika tal-iskannjar u t-trażmissjoni tas-CNMs ikkonfermat din il-konklużjoni.
"Meta ħares 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朮镜的技术延戶滏戥加速器X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 微镜 的 微镜 的 抶 朗 抶 朗 步 加速器发现 边界 隐藏 在。”"Madankollu, meta użajna teknika msejħa mikroskopija ta' diffrazzjoni tar-raġġi-X 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 volum ta' unità bi prattikament 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.
Kalkoli fuq skala atomika jiżvelaw il-mekkaniżmu tat-tnaqqis tal-kapaċità tal-katodu.Skont Maria Chang, nanoxjenzat fis-CNM, il-konfini huma aktar probabbli li jitilfu l-atomi tal-ossiġnu meta l-batterija tkun iċċarġjata milli żoni aktar 'il bogħod minnhom.Dan it-telf ta 'ossiġnu jwassal għal degradazzjoni taċ-ċiklu taċ-ċelluli.
"Il-kalkoli tagħna juru kif il-konfini jista 'jwassal biex l-ossiġnu jiġi rilaxxat fi pressjoni għolja, li jista' jwassal 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.Il-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 konfini 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 tal-katodu minbarra NMC."
Artiklu dwar dan l-istudju deher fil-ġurnal Nature Energy.Minbarra Xu, Amin, Liu u Chang, l-awturi 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, Ming Du, u Zonghai Chen.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 ta '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 tal-utent nazzjonali premier għar-riċerka fuq skala nanoskala interdixxiplinarja appoġġjata mill-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti.Flimkien, NSRCs jiffurmaw sett ta 'faċilitajiet komplementari li jipprovdu lir-riċerkaturi b'kapaċitajiet avvanzati għall-fabbrikazzjoni, l-ipproċessar, il-karatterizzazzjoni, u l-immudellar materjali nanoskala u jirrappreżentaw l-akbar investiment infrastrutturali taħt l-Inizjattiva Nazzjonali tan-Nanoteknoloġija.L-NSRC jinsab fid-Dipartiment tal-Enerġija tal-Laboratorji Nazzjonali 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/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​ie​s​​at​-a​​Glance.
Is-Sors Avvanzat tal-Photon (APS) tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti fil-Laboratorju Nazzjonali ta 'Argonne huwa wieħed mis-sorsi tar-raġġi-X l-aktar produttivi fid-dinja.APS jipprovdi raġġi-X ta 'intensità għolja lil komunità ta' riċerka diversa fix-xjenza tal-materjali, il-kimika, il-fiżika tal-materja kondensata, ix-xjenzi tal-ħajja u l-ambjent, u r-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 teknikament importanti ta' kull tip, minn batteriji sa żennuni ta 'injettur tal-fjuwil, li huma vitali għall-ekonomija nazzjonali, it-teknoloġija tagħna. .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 jagħtu dettalji dwar skoperti importanti u jsolvu strutturi ta 'proteini bijoloġiċi aktar importanti minn 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 apparat ta’ input li jipproduċi raġġi X estremament qawwi 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 APS Ir-riċerka tiġġenera volumi ta' data enormi.
Dan l-istudju utilizza riżorsi minn Advanced Photon Source, Ċentru tal-Utenti tal-Uffiċċju tax-Xjenza tad-Dipartiment tal-Enerġija tal-Istati Uniti operat minn Laboratorju Nazzjonali Argonne għad-Dipartiment tal-Uffiċċju tax-Xjenza tal-Enerġija tal-Istati Uniti taħt in-numru tal-kuntratt DE-AC02-06CH11357.
Il-Laboratorju Nazzjonali 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 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 tal-Enerġija tal-Istati Uniti huwa l-akbar proponent tan-nazzjon tar-riċerka bażika fix-xjenzi fiżiċi, li jaħdem biex jindirizza xi wħud mill-aktar kwistjonijiet urġenti ta 'żmienna.Għal aktar informazzjoni, żur https://​energy​.gov/​science​ience.