Муҳаққиқони Лабораторияи миллии Аргонни Департаменти энергетикаи ИМА (DOE) таърихи тӯлонии кашфиётҳои пешрав дар соҳаи батареяҳои литий-ионӣ доранд. Бисёре аз ин натиҷаҳо барои катоди батарея, ки NMC, никел-марганец ва оксиди кобалт номида мешаванд, мебошанд. Батареяе, ки ин катод дорад, ҳоло Chevrolet Bolt-ро қувват медиҳад.
Муҳаққиқони Argonne дар катодҳои NMC як пешрафти дигар ба даст оварданд. Сохтори нави зарраҳои хурди катоди даста метавонад батареяро пойдортар ва бехатартар гардонад, ки қодир ба кор дар шиддатҳои хеле баланд ва таъмини масофаҳои тӯлонитари ҳаракат бошад.
«Ҳоло мо роҳнамоӣ дорем, ки истеҳсолкунандагони батарея метавонанд онро барои истеҳсоли маводҳои катодии фишори баланд ва бемарз истифода баранд», - гуфт Халил Амин, узви фахрии Аргонн.
Ёвари кимиёшинос Гуйлян Сюй гуфт: «Катодҳои мавҷудаи NMC барои кори шиддати баланд монеаи ҷиддӣ эҷод мекунанд». Бо даври заряд ва разряд, самаранокӣ бинобар пайдоиши тарқишҳо дар зарраҳои катод зуд коҳиш меёбад. Даҳсолаҳо боз муҳаққиқони батарея роҳҳои таъмири ин тарқишҳоро меҷустанд.
Дар гузашта яке аз усулҳо зарраҳои хурди курашаклро истифода мебурд, ки аз бисёр зарраҳои хеле хурдтар иборат буданд. Зарраҳои калони курашакл поликристаллӣ буда, дорои доменҳои кристаллии самтҳои гуногун мебошанд. Дар натиҷа, онҳо он чизеро доранд, ки олимон байни зарраҳо сарҳадҳои донаҳо меноманд, ки метавонад боиси кафидан дар давоми давра гардад. Барои пешгирӣ аз ин, ҳамкорони Сюй ва Аргон қаблан дар атрофи ҳар як зарра як пӯшиши полимерии муҳофизатӣ таҳия карда буданд. Ин пӯшиш зарраҳои калони курашакл ва зарраҳои хурдтарро дар дохили онҳо иҳота мекунад.
Роҳи дигари пешгирӣ аз ин гуна кафидан истифодаи зарраҳои монокристаллӣ мебошад. Микроскопияи электронии ин зарраҳо нишон дод, ки онҳо сарҳад надоранд.
Мушкили даста дар он буд, ки катодҳои аз поликристаллҳои пӯшонидашуда ва монокристаллҳо сохташуда ҳангоми даврзанӣ ҳанӯз ҳам кафидаанд. Аз ин рӯ, онҳо таҳлили васеи ин маводҳои катодро дар Маркази илмии Аргонни Вазорати энергетикаи ИМА дар Маркази Фотони пешрафта (APS) ва Маркази наноматериалҳо (CNM) анҷом доданд.
Таҳлилҳои гуногуни рентгенӣ дар панҷ бозуи APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ва 34-ID-E) анҷом дода шуданд. Маълум шуд, ки он чизе, ки олимон фикр мекарданд, ки як кристалл аст, чунон ки бо микроскопияи электронӣ ва рентгенӣ нишон дода шудааст, дар асл дар дохили он сарҳад дошт. Микроскопияи электронии сканкунӣ ва интиқоли CNM ин хулосаро тасдиқ кард.
Физик Венҷун Лю гуфт: «Вақте ки мо ба морфологияи сатҳии ин зарраҳо назар кардем, онҳо ба кристаллҳои ягона монанд буданд». 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 显微镜 术 术我们 发现 边界 隐藏 在。”«Аммо, вақте ки мо дар APS аз усуле бо номи микроскопияи дифраксияи рентгении синхротронӣ ва дигар усулҳо истифода кардем, мо муайян кардем, ки марзҳо дар дохили он пинҳон буданд».
Муҳим он аст, ки даста усули истеҳсоли монокристаллҳоро бидуни марз таҳия кардааст. Санҷиши ҳуҷайраҳои хурд бо ин катоди монокристаллӣ дар шиддатҳои хеле баланд нишон дод, ки 25% афзоиши захираи энергия барои як воҳиди ҳаҷм бидуни талафоти қариб ҳеҷ гуна коршоямӣ дар тӯли 100 давраи санҷишӣ нишон дода шудааст. Баръакс, катодҳои NMC, ки аз монокристаллҳои бисёр интерфейсӣ ё поликристаллҳои пӯшонидашуда иборатанд, дар тӯли ҳамон мӯҳлати истифода коҳиши иқтидорро аз 60% то 88% нишон доданд.
Ҳисобҳои миқёси атомӣ механизми коҳиши иқтидори катодро ошкор мекунанд. Ба гуфтаи Мария Чанг, наноолими CNM, эҳтимоли аз даст додани атомҳои оксиген ҳангоми пур кардани батарея нисбат ба минтақаҳои дуртар аз онҳо бештар аст. Ин талафоти оксиген боиси вайроншавии давраи ҳуҷайра мегардад.
Чан гуфт: "Ҳисобҳои мо нишон медиҳанд, ки чӣ гуна ин марз метавонад боиси ихроҷи оксиген дар фишори баланд гардад, ки метавонад боиси коҳиши самаранокӣ гардад."
Бартараф кардани марз аз ҷудошавии оксиген пешгирӣ мекунад ва бо ин васила бехатарӣ ва устувории даврии катодро беҳтар мекунад. Андозагирии ҷудошавии оксиген бо APS ва манбаи пешрафтаи рӯшноӣ дар Лабораторияи миллии Лоуренс Берклии Департаменти энергетикаи ИМА ин хулосаро тасдиқ мекунад.
Халил Амин, узви фахрии Аргонн, гуфт: «Ҳоло мо дастурҳое дорем, ки истеҳсолкунандагони батарея метавонанд онҳоро барои истеҳсоли маводҳои катодӣ, ки сарҳад надоранд ва дар фишори баланд кор мекунанд, истифода баранд». 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。”"Дастурҳо бояд ба маводҳои катодӣ ғайр аз NMC татбиқ шаванд."
Мақола дар бораи ин таҳқиқот дар маҷаллаи Nature Energy нашр шудааст. Ба ғайр аз Сю, Амин, Лю ва Чанг, муаллифони Аргонна Сян Лю, Венката Суря Чаитаня Коллуру, Чен Чжао, Синвей Чжоу, Юзи Лю, Лианг Йинг, Амин Даали, Янг Рен, Венқиан Сю, Ҷунҷинг Денг, Инхуй Ҳванг, Дунҳюн Сунҳа, Дунҳюн Сунҳа, Дунҳо, М. Чен. Олимони Лабораторияи Миллии Лоуренс Беркли (Ванли Ян, Цинтиан Ли ва Зенгцин Чжуо), Донишгоҳи Сямэн (Ҷинг-Ҷинг Фан, Линг Хуан ва Ши-Ган Сун) ва Донишгоҳи Цингхуа (Дуншен Рен, Сюнинг Фэн ва Мингао Оуянг).
Дар бораи Маркази наномаводҳои Аргонн Маркази наномаводҳо, яке аз панҷ маркази тадқиқоти нанотехнологияи Вазорати энергетикаи ИМА, муассисаи пешбари миллии корбарон барои таҳқиқоти байнисоҳавии наноандоза мебошад, ки аз ҷониби Идораи илмии Вазорати энергетикаи ИМА дастгирӣ карда мешавад. NSRC-ҳо якҷоя маҷмӯи иншооти иловагиро ташкил медиҳанд, ки ба муҳаққиқон имкониятҳои муосирро барои истеҳсол, коркард, тавсиф ва моделсозии маводҳои наноандоза фароҳам меоранд ва бузургтарин сармоягузории инфрасохторӣ дар доираи Ташаббуси миллии нанотехнологӣ мебошанд. NSRC дар Лабораторияҳои миллии Вазорати энергетикаи ИМА дар Аргонн, Брукҳейвен, Лоуренс Беркли, Оак Риҷ, Сандия ва Лос-Аламос ҷойгир аст. Барои маълумоти бештар дар бораи NSRC DOE, ба https://science.osti.gov/Us​er​-F​a​c​i​lit​​​ie​s​/​Us​ er​-F​a​c​i​l​it​ie​i​s​-at​a​Glance муроҷиат кунед.
Манбаи пешрафтаи фотонии Вазорати энергетикаи ИМА (APS) дар Лабораторияи миллии Аргонн яке аз самараноктарин манбаъҳои рентгенӣ дар ҷаҳон аст. APS ба ҷомеаи гуногуни тадқиқотӣ дар соҳаи илми мавод, химия, физикаи моддаҳои конденсатӣ, илмҳои ҳаёт ва муҳити зист ва таҳқиқоти амалӣ рентгенҳои баландшиддат пешниҳод мекунад. Ин рентгенҳо барои омӯзиши маводҳо ва сохторҳои биологӣ, тақсимоти унсурҳо, ҳолатҳои кимиёвӣ, магнитӣ ва электронӣ ва системаҳои муҳандисии аз ҷиҳати техникӣ муҳим аз ҳама намудҳо, аз батареяҳо то соплоҳои сӯзишвории инжекторӣ, ки барои иқтисоди миллии мо, технология ва бадан муҳиманд, беҳтаринанд. Асоси саломатӣ. Ҳар сол зиёда аз 5000 муҳаққиқ аз APS истифода мебаранд, то зиёда аз 2000 нашрияро нашр кунанд, ки кашфиётҳои муҳимро муфассал шарҳ медиҳанд ва сохторҳои муҳимтари сафедаҳои биологиро нисбат ба корбарони дигар марказҳои тадқиқотии рентгенӣ ҳал мекунанд. Олимон ва муҳандисони APS технологияҳои инноватсиониро татбиқ мекунанд, ки асоси беҳтар кардани кори суръатбахшҳо ва манбаъҳои рӯшноӣ мебошанд. Ин дастгоҳҳои вурудиро дар бар мегирад, ки нурҳои рентгении хеле дурахшонро истеҳсол мекунанд, ки аз ҷониби муҳаққиқон қадр карда мешаванд, линзаҳое, ки нурҳои рентгениро то чанд нанометр фокус мекунанд, асбобҳое, ки тарзи таъсири мутақобилаи нурҳои рентгениро бо намунаи таҳти таҳқиқ ба ҳадди аксар мерасонанд ва ҷамъоварӣ ва идоракунии кашфиётҳои APS, ки таҳқиқот ҳаҷми бузурги маълумотро ба вуҷуд меоранд.
Дар ин таҳқиқот захираҳои Advanced Photon Source, Маркази корбарони Идораи илмии Департаменти энергетикаи ИМА, ки аз ҷониби Лабораторияи миллии Аргонн барои Идораи илмии Департаменти энергетикаи ИМА тибқи шартномаи рақами DE-AC02-06CH11357 идора мешавад, истифода шудаанд.
Лабораторияи миллии Аргонн барои ҳалли мушкилоти муҳими илм ва технологияи ватанӣ саъй мекунад. Ҳамчун аввалин лабораторияи миллӣ дар Иёлоти Муттаҳида, Аргонн таҳқиқоти бунёдӣ ва амалии пешрафтаро дар қариб ҳар як соҳаи илмӣ анҷом медиҳад. Муҳаққиқони Аргонн бо муҳаққиқони садҳо ширкатҳо, донишгоҳҳо ва ниҳодҳои федералӣ, иёлотӣ ва муниципалӣ зич ҳамкорӣ мекунанд, то ба онҳо дар ҳалли мушкилоти мушаххас, пешрафти роҳбарии илмии ИМА ва омода кардани миллат барои ояндаи беҳтар кӯмак расонанд. Аргонн кормандонро аз беш аз 60 кишвар ба кор мегирад ва аз ҷониби UChicago Argonne, LLC аз Дафтари илмии Департаменти энергетикаи ИМА идора карда мешавад.
Идораи илми Департаменти энергетикаи ИМА бузургтарин тарафдори таҳқиқоти бунёдӣ дар илмҳои физикӣ дар кишвар буда, барои ҳалли баъзе аз масъалаҳои мубрами замони мо кор мекунад. Барои маълумоти бештар, ба https://energy.gov/science.ience муроҷиат кунед.