АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Аргонна улуттук лабораториясынын изилдөөчүлөрү литий-иондук батарейкалар тармагында пионердик ачылыштардын узак тарыхына ээ. Бул натыйжалардын көбү NMC, никель марганец жана кобальт оксиди деп аталган батареянын катоду үчүн. Бул катоду бар аккумулятор азыр Chevrolet Болтту иштетет.
Аргон изилдөөчүлөрү NMC катоддорунда дагы бир ачылышка жетишти. Команданын жаңы кичинекей катод бөлүкчөлөрүнүн түзүлүшү аккумуляторду бышык жана коопсуз кылып, өтө жогорку чыңалууларда иштөөгө жана узак жол жүрүү аралыгын камсыздай алат.
"Азыр бизде батарея өндүрүүчүлөрү жогорку басымдагы, чексиз катоддук материалдарды жасоо үчүн колдоно ала турган көрсөтмөбүз бар", - Халил Амин, Аргонна ардактуу стипендиат.
"Учурдагы NMC катоддору жогорку чыңалуудагы жумушка чоң тоскоолдук жаратат" деди химиктин жардамчысы Гуилян Сю. Заряддын разрядынын цикли менен катод бөлүкчөлөрүндө жаракалардын пайда болушуна байланыштуу өндүрүмдүүлүк тез төмөндөйт. Ондогон жылдар бою аккумуляторду изилдөөчүлөр бул жаракаларды оңдоонун жолдорун издеп келишет.
Өткөн ыкмалардын биринде көптөгөн майда бөлүкчөлөрдөн турган кичинекей сфералык бөлүкчөлөр колдонулган. Чоң сфералык бөлүкчөлөр поликристаллдуу, ар кандай багыттагы кристаллдык домендерге ээ. Натыйжада, аларда окумуштуулар бөлүкчөлөр арасында дан чек аралары деп атаган нерсе бар, бул цикл учурунда батареянын жарылуусуна алып келиши мүмкүн. Буга жол бербөө үчүн Сюй менен Аргонндун кесиптештери мурда ар бир бөлүкчөнүн айланасына коргоочу полимердик каптаманы иштеп чыгышкан. Бул каптоо чоң сфералык бөлүкчөлөрдү жана алардын ичиндеги кичине бөлүкчөлөрдү курчап турат.
Мындай жаракаларды болтурбоо үчүн дагы бир жолу монокристалл бөлүкчөлөрүн колдонуу болуп саналат. Бул бөлүкчөлөрдүн электрондук микроскопиясы алардын чек аралары жок экенин көрсөттү.
Команда үчүн көйгөй капталган поликристаллдардан жана монокристалдардан жасалган катоддор велосипед тебүү учурунда дагы эле жарака кеткен. Ошондуктан, алар АКШнын Энергетика министрлигинин Аргонна илим борборундагы Advanced Photon Source (APS) жана Nanomarials Center (CNM) бул катод материалдарын кеңири анализдешти.
Ар кандай рентген анализдери беш APS колунда аткарылган (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C жана 34-ID-E). Көрсө, окумуштуулар электрон жана рентген микроскопиясы көрсөткөндөй, жалгыз кристалл деп ойлогон нерсенин чындыгында ичинде чек арасы бар экен. CNMлердин сканерлөө жана өткөрүү электрондук микроскопиясы бул тыянакты тастыктады.
Физик Венжун Лю: "Биз бул бөлүкчөлөрдүн беттик морфологиясын караганыбызда, алар монокристаллдай көрүндү" деди. 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匶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 昶们 发现 边界 隐藏 在。”"Бирок, биз APSте синхротрондук рентгендик дифракциялык микроскопия деп аталган ыкманы жана башка ыкмаларды колдонгондо, чек аралар ичинде жашырылганын таптык."
Баарынан маанилүүсү, команда чексиз монокристаллдарды өндүрүү ыкмасын иштеп чыкты. Бул бир кристаллдык катод менен кичинекей клеткаларды өтө жогорку чыңалууларда сынап көрүү 100 сыноо циклинен ашык иштөөдө дээрлик жоготууларсыз, көлөм бирдигине энергияны сактоонун 25% көбөйгөнүн көрсөттү. Ал эми, көп интерфейстүү монокристаллдардан же капталган поликристалдардан турган NMC катоддору ошол эле мөөнөттө 60% дан 88% га чейин кубаттуулуктун төмөндөшүн көрсөттү.
Атомдук масштабдагы эсептөөлөр катоддун сыйымдуулугун азайтуунун механизмин ачып берет. CNMдин нано илимпозу Мария Чангдын айтымында, чек аралар алардан алыс жайгашкан аймактарга караганда батарейка заряддалганда кычкылтек атомдорун жоготуу ыктымалдыгы жогору. Бул кычкылтектин жоголушу клетка циклинин бузулушуна алып келет.
"Биздин эсептөөлөр чек кычкылтектин жогорку басымда бошотулушуна алып келиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бул көрсөткүчтүн төмөндөшүнө алып келиши мүмкүн" деди Чан.
Чек араны жок кылуу кычкылтектин эволюциясын алдын алат, ошону менен катоддун коопсуздугун жана циклдик туруктуулугун жакшыртат. АКШнын Энергетика министрлигинин Лоуренс Беркли улуттук лабораториясында APS жана алдыңкы жарык булагы менен кычкылтектин эволюциясын өлчөөлөрү бул тыянакты тастыктайт.
"Азыр бизде батарея өндүрүүчүлөрү эч кандай чектери жок жана жогорку басымда иштеген катоддук материалдарды жасоо үчүн колдоно ала турган көрсөтмөлөр бар" деди Халил Амин, Аргонна ардактуу стипендиат. 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。”"Нускоочу көрсөтмөлөр NMCден башка катоддук материалдарга колдонулушу керек."
Бул изилдөө тууралуу макала Nature Energy журналында жарык көрдү. Сюй, Амин, Лю жана Чангдан тышкары, Аргоннанын авторлору: Сян Лю, Венката Сурья Чайтанья Коллуру, Чен Чжао, Синвэй Чжоу, Юзи Лю, Лян Йинг, Амин Даали, Ян Рен, Вэнцян Сю, Цзюньцзин Дэн, Инхуи Хван, Ченжун Сун, Тао Чжоу, Мин Ду жана Цунхай Чен. Лоуренс Беркли улуттук лабораториясынын (Ванли Ян, Цинтиан Ли жана Цзэнцин Чжуо), Сямень университетинин (Цзин-Цзин Фан, Линг Хуан жана Ши-Ган Сун) жана Цинхуа университетинин (Дуншен Рен, Сюнинг Фэн жана Мингао Оуянг) окумуштуулары.
Аргонна наноматериалдар борбору жөнүндө АКШнын Энергетика министрлигинин беш нанотехнология изилдөө борборлорунун бири болгон Наноматериалдар борбору АКШнын Энергетика министрлигинин Илим кеңсеси тарабынан колдоого алынган дисциплиналар аралык нано масштабдуу изилдөөлөр үчүн эң алдыңкы улуттук колдонуучу мекеме. NSRCs биргелешип, изилдөөчүлөргө наноөлчөмдөгү материалдарды даярдоо, иштетүү, мүнөздөмө берүү жана моделдөө үчүн заманбап мүмкүнчүлүктөрдү камсыз кылган жана Улуттук нанотехнологиялык демилгенин алкагында эң ири инфраструктуралык инвестицияны чагылдырган кошумча объектилердин топтомун түзөт. NSRC Аргонна, Брукхавен, Лоуренс Беркли, Оук Ридж, Сандия жана Лос-Аламостогу АКШнын Энергетика министрлигинин Улуттук лабораторияларында жайгашкан. NSRC DOE жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​ie​s​/​Us дарегине кириңиз er​-Fa
Аргонна Улуттук лабораториясында АКШнын Энергетика министрлигинин Өркүндөтүлгөн Фотон Булагы (APS) дүйнөдөгү эң жемиштүү рентген булактарынын бири болуп саналат. APS материал таануу, химия, конденсацияланган зат физикасы, жашоо жана айлана-чөйрө илимдери жана прикладдык изилдөөлөр боюнча түрдүү изилдөө коомчулугуна жогорку интенсивдүү рентген нурларын берет. Бул рентген нурлары материалдарды жана биологиялык түзүлүштөрдү, элементтердин бөлүштүрүлүшүн, химиялык, магниттик жана электрондук абалдарды, ошондой эле биздин улуттук экономикабыз, технологиябыз үчүн өтө маанилүү болгон аккумуляторлордон тартып күйүүчү инжектордук саптамаларга чейинки бардык түрдөгү техникалык маанилүү инженердик системаларды изилдөө үчүн идеалдуу. . жана дене Ден соолуктун негизи. Жыл сайын 5 000ден ашык изилдөөчүлөр APS аркылуу маанилүү ачылыштарды чагылдырган жана башка рентген-изилдөө борборунун колдонуучуларына караганда маанилүү биологиялык белок структураларын чечкен 2000ден ашык басылмаларды басып чыгарышат. APSтин окумуштуулары жана инженерлери тездеткичтердин жана жарык булактарынын иштөөсүн жакшыртуу үчүн негиз болгон инновациялык технологияларды ишке киргизип жатышат. Буга изилдөөчүлөр баалаган өтө жаркыраган рентген нурларын чыгарган киргизүү түзүлүштөрү, рентген нурларын бир нече нанометрге чейин фокустаган линзалар, рентген нурларынын изилденип жаткан үлгү менен өз ара аракеттенүүсүн максималдуу түрдө арттырган аспаптар, ошондой эле APS ачылыштарын чогултуу жана башкаруу кирет. Изилдөө чоң көлөмдөгү маалыматтарды жаратат.
Бул изилдөөдө DE-AC02-06CH11357 контракттык номери боюнча АКШнын Энергетика министрлигинин Илим департаментинин Аргонна Улуттук лабораториясы тарабынан башкарылган, АКШнын Энергетика департаментинин Илим пайдалануу борборунун Advanced Photon Source булактарынан алынган ресурстар колдонулган.
Аргон улуттук лабораториясы ата мекендик илим менен техниканын актуалдуу проблемаларын чечууге умтулат. Америка Кошмо Штаттарынын биринчи улуттук лабораториясы катары, Аргонн дээрлик бардык илимий дисциплиналар боюнча фундаменталдык жана прикладдык изилдөөлөрдү жүргүзөт. Аргонна изилдөөчүлөрү жүздөгөн компаниялардын, университеттердин жана федералдык, штаттык жана муниципалдык мекемелердин изилдөөчүлөрү менен тыгыз кызматташып, аларга конкреттүү маселелерди чечүүгө, АКШнын илимий лидерлигин өнүктүрүүгө жана элди жакшы келечекке даярдоого жардам беришет. Аргоннада 60тан ашык өлкөдөн келген кызматкерлер иштейт жана АКШнын Энергетика министрлигинин Илим кеңсесинин UChicago Argonne, LLC тарабынан башкарылат.
АКШнын Энергетика министрлигинин Илим боюнча кеңсеси физика илимдериндеги фундаменталдык изилдөөлөрдүн өлкөнүн эң ири жактоочусу болуп саналат, ал биздин замандын эң актуалдуу маселелерин чечүү үчүн иштейт. Көбүрөөк маалымат алуу үчүн https://energy​.gov/science​ience кириңиз.