Тадқиқотчиёни Лабораторияи миллии Аргонн Вазорати энергетикаи ИМА (DOE) таърихи тӯлонии кашфиётҳои пешқадам дар соҳаи батареяҳои литий-ионӣ доранд. Аксари ин натиҷаҳо барои катодҳои батарея, ки NMC ном доранд, марганец никел ва оксиди кобальт мебошанд. Батарея бо ин катод акнун Chevrolet Bolt-ро пур мекунад.
Тадқиқотчиёни Аргонн дар катодҳои NMC як пешравии дигар ба даст оварданд. Сохтори нави заррачаҳои хурди катодии даста метавонад батареяро пойдору бехатартар кунад, қодир аст дар шиддати хеле баланд кор кунад ва масофаи дарозтари сафарро таъмин кунад.
"Мо ҳоло роҳнамо дорем, ки истеҳсолкунандагони батарея метавонанд барои сохтани маводи катодҳои фишори баланд ва бидуни сарҳад истифода баранд" Халил Амин, ҳамкори фахрии Аргонна.
"Катодҳои мавҷудаи NMC барои кори баландшиддати баланд монеаи асосӣ ба вуҷуд меоранд" гуфт ёрдамчии химик Гуилян Сю. Ҳангоми гардиши заряд-разряд, иҷроиш аз сабаби ташаккули тарқишҳо дар зарраҳои катод зуд коҳиш меёбад. Дар тӯли даҳсолаҳо, муҳаққиқони батарея роҳҳои барқарор кардани ин тарқишҳоро меҷӯянд.
Як усул дар гузашта заррачаҳои хурди сферикиро истифода мебурданд, ки аз зарраҳои хеле хурдтар иборатанд. Заррачаҳои калони курашакл поликристалӣ буда, доменҳои кристаллии самтҳои гуногун доранд. Дар натиҷа, онҳо он чизеро доранд, ки олимон сарҳадҳои гандумро дар байни зарраҳо меноманд, ки метавонанд боиси кафидани батарея дар давоми давра гардад. Барои пешгирии ин, ҳамкорони Сю ва Аргон қаблан дар атрофи ҳар як зарра як қабати полимерии муҳофизатӣ таҳия карда буданд. Ин пӯшиш зарраҳои калони сферикӣ ва зарраҳои хурдтарро дар дохили онҳо иҳота мекунад.
Роҳи дигари пешгирии ин гуна крекинг ин истифодаи зарраҳои монокристаллӣ мебошад. Микроскопияи электронии ин заррачахо нишон дод, ки онхо сархад надоранд.
Мушкилоти даста дар он буд, ки катодҳое, ки аз поликристалҳои пӯшида ва монокристаллҳо сохта шудаанд, ҳанӯз ҳангоми велосипедронӣ кафида мешаванд. Аз ин рӯ, онҳо таҳлили васеи ин маводҳои катодро дар Сарчашмаи Advanced Photon (APS) ва Маркази Наноматериалҳо (CNM) дар Маркази илмии Аргонни Вазорати энергетикаи ИМА анҷом доданд.
Дар панҷ силоҳи APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ва 34-ID-E) таҳлилҳои гуногуни рентгенӣ гузаронида шуданд. Маълум мешавад, ки он чизе, ки олимон фикр мекарданд, як кристалл аст, чунон ки микроскопияи электронӣ ва рентгенӣ нишон дод, воқеан дар дохили он сарҳад дошт. Сканкунӣ ва микроскопияи электронии CNM ин хулосаро тасдиқ кард.
"Вақте ки мо ба морфологияи рӯизаминии ин зарраҳо назар кардем, онҳо ба як кристалл монанд буданд" гуфт физик Венҷун Лю. 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微镜的技术微镜术弗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 的 滌匶们 发现 边界 隐藏 在。”"Аммо, вақте ки мо як техникаро бо номи микроскопияи рентгении синхротронӣ ва дигар усулҳоро дар APS истифода бурдем, мо фаҳмидем, ки сарҳадҳо дар дохили он пинҳон буданд."
Муҳим он аст, ки даста усули истеҳсоли монокристаллҳоро бидуни марз таҳия кардааст. Санҷиши ҳуҷайраҳои хурд бо ин катоди яккристалл дар шиддати хеле баланд 25% афзоиши захираи энергияро барои як воҳид нишон дод ва амалан ҳеҷ талафот дар иҷрои беш аз 100 давраи санҷиш. Баръакси ин, катодҳои NMC, ки аз як кристаллҳои бисёрсоҳавӣ ё поликристалҳои пӯшида иборатанд, дар тӯли як умр коҳиши иқтидорро аз 60% то 88% нишон доданд.
Ҳисобҳои миқёси атомӣ механизми коҳиши зарфияти катодро ошкор мекунанд. Ба гуфтаи Мария Чанг, як наношинос дар CNM, дар муқоиса бо минтақаҳое, ки аз онҳо дуртар аст, сарҳадҳо ҳангоми пур кардани батарея атомҳои оксигенро аз даст медиҳанд. Ин талафоти оксиген ба таназзули сикли ҳуҷайра оварда мерасонад.
"Ҳисобҳои мо нишон медиҳанд, ки чӣ гуна сарҳад метавонад ба озод шудани оксиген дар фишори баланд оварда расонад, ки метавонад ба паст шудани кор оварда расонад" гуфт Чан.
Бартараф кардани сарҳад эволютсияи оксигенро пешгирӣ мекунад ва ба ин васила бехатарӣ ва устувории даврии катодро беҳтар мекунад. Андозагирии эволютсияи оксиген бо APS ва манбаи пешрафтаи рӯшноӣ дар Лабораторияи Миллии Департаменти Энергетикаи ИМА Лоуренс Беркли ин хулосаро тасдиқ мекунад.
"Ҳоло мо дастурҳое дорем, ки истеҳсолкунандагони батарея метавонанд барои сохтани маводҳои катодӣ истифода баранд, ки ҳеҷ сарҳад надоранд ва дар фишори баланд кор мекунанд" гуфт Халил Амин, ҳамкори фахрии Аргон. 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 ба ғайр аз NMC татбиқ карда 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 Хванг ҳастанд. Ченгжун Сун, Тао Чжоу, Мин Ду ва Цунхай 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 Наноматериалҳои Аргонна Маркази Наноматериалҳо, яке аз панҷ маркази тадқиқотии нанотехнологияи Департаменти Энергетикаи ИМА, муассисаи пешбари миллии корбар барои тадқиқоти байнисоҳавии наномикёс мебошад, ки аз ҷониби Дафтари илмии Вазорати энергетикаи ИМА дастгирӣ карда мешавад. Якҷоя, NSRCs маҷмӯи иншооти иловагиро ташкил медиҳанд, ки ба муҳаққиқон имкониятҳои муосирро барои истеҳсол, коркард, тавсиф ва моделсозии маводи наномикёс таъмин мекунанд ва бузургтарин сармоягузории инфрасохторро дар доираи Ташаббуси Миллии Нанотехнология муаррифӣ мекунанд. NSRC дар Лабораторияҳои Миллии Департаменти Энергетикаи ИМА дар Аргонн, Брукхавен, Лоуренс Беркли, Оук 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 равед er -F
Сарчашмаи пешрафтаи фотонҳои Вазорати энергетикаи ИМА (APS) дар Лабораторияи Миллии Аргонн яке аз самараноктарин манбаъҳои рентгенӣ дар ҷаҳон мебошад. APS рентгенҳои пуршиддатро ба ҷомеаи гуногуни тадқиқотӣ дар соҳаи материалшиносӣ, химия, физикаи материяҳои конденсатсионӣ, илмҳои ҳаёт ва муҳити зист ва тадқиқоти амалӣ пешкаш мекунад. Ин рентгенҳо барои омӯзиши маводҳо ва сохторҳои биологӣ, тақсимоти элементҳо, ҳолати химиявӣ, магнитӣ ва электронӣ ва системаҳои аз ҷиҳати техникӣ муҳими муҳандисии ҳама намудҳо, аз батареяҳо то соплоҳои сӯзишворӣ, ки барои иқтисодиёти миллӣ, технологияи мо ҳаётан муҳиманд, беҳтаринанд. . ва бадан Асоси саломатй. Ҳар сол зиёда аз 5000 муҳаққиқон APS-ро барои нашри зиёда аз 2000 нашрияҳо истифода мебаранд, ки дар он кашфиётҳои муҳим ва ҳалли сохторҳои муҳимтари сафедаи биологӣ нисбат ба корбарони дигар маркази тадқиқотии рентгенӣ ҳал карда мешаванд. Олимон ва инженерони АПС технологияҳои инноватсиониро ҷорӣ мекунанд, ки асоси беҳтар кардани кори суръатбахш ва манбаъҳои рӯшноӣ мебошанд. Ба ин дастгоҳҳои воридотӣ дохил мешаванд, ки рентгенҳои бениҳоят дурахшоне, ки аз ҷониби тадқиқотчиён қадр карда мешаванд, линзаҳо, ки рентгенро то чанд нанометр равона мекунанд, асбобҳое мебошанд, ки тарзи мутақобилаи рентгенро бо намунаи таҳқиқшаванда ба ҳадди аксар мерасонанд ва ҷамъоварӣ ва идоракунии кашфиётҳои APS Таҳқиқот ҳаҷми бузурги маълумотро тавлид мекунад.
Ин тадқиқот аз захираҳои Advanced Photon Source, Идораи Маркази корбарии илмии Департаменти энергетикии ИМА, ки аз ҷониби Лабораторияи Миллии Аргонн барои Департаменти Энергетикаи ИМА оид ба Илм таҳти рақами шартномаи DE-AC02-06CH11357 идора шудааст, истифода шудааст.
Лабораторияи миллии Аргонн барои халли проблемахои актуалии илм ва техникаи ватанй кушиш мекунад. Ҳамчун аввалин лабораторияи миллӣ дар Иёлоти Муттаҳида, Аргонна дар ҳама фанҳои илмӣ тадқиқоти муосири бунёдӣ ва амалӣ мегузаронад. Тадқиқотчиёни Аргонна бо муҳаққиқони садҳо ширкатҳо, донишгоҳҳо ва муассисаҳои федералӣ, иёлотӣ ва мунисипалӣ ҳамкорӣ мекунанд, то ба онҳо дар ҳалли мушкилоти мушаххас, пешрафти роҳбарияти илмии ИМА ва омода кардани миллат ба ояндаи беҳтар кӯмак расонанд. Argonne коргарони зиёда аз 60 кишвари ҷаҳонро кор мекунад ва аз ҷониби UChicago Argonne, ҶДММ Дафтари илмии Вазорати энергетикаи ИМА идора карда мешавад.
Идораи илмии Вазорати энергетикаи ШМА дар мамлакат калонтарин тарафдори тадкикоти фундаменталии илмхои физика буда, ба халли баъзе проблемахои мудимтарини замони мо машгул аст. Барои маълумоти иловагӣ ба https://energy.gov/science