АКШнын Энергетика министрлигинин (DOE) Аргонн улуттук лабораториясынын изилдөөчүлөрү литий-иондук батареялар жаатында алгачкы ачылыштарды жасоонун узак тарыхына ээ. Бул жыйынтыктардын көбү NMC, никель-марганец жана кобальт кычкылы деп аталган батарея катодуна тиешелүү. Ушул катоддуу батарея азыр Chevrolet Bolt унаасын кыймылдатат.
Argonne изилдөөчүлөрү NMC катоддорунда дагы бир жетишкендикке жетишти. Команданын жаңы кичинекей катод бөлүкчөлөрүнүн түзүлүшү батареяны бышык жана коопсуз кылып, өтө жогорку чыңалууда иштей алат жана узак жүрүү диапазонун камсыздай алат.
«Азыр бизде батарея өндүрүүчүлөрү жогорку басымдагы, чек арасыз катоддук материалдарды жасоо үчүн колдоно турган көрсөтмөлөр бар», - деди Халил Амин, Аргонндун ардактуу мүчөсү.
«Учурдагы NMC катоддору жогорку чыңалуудагы жумуштар үчүн чоң тоскоолдук жаратат», - деди химиктин жардамчысы Гуйлян Сюй. Заряддоо-разряддоо цикли менен катод бөлүкчөлөрүндө жаракалардын пайда болушунан улам, өндүрүмдүүлүк тез төмөндөйт. Ондогон жылдар бою батарея изилдөөчүлөрү бул жаракаларды оңдоонун жолдорун издеп келишкен.
Мурда бир ыкмада көптөгөн алда канча кичинекей бөлүкчөлөрдөн турган кичинекей тоголок бөлүкчөлөр колдонулган. Чоң тоголок бөлүкчөлөр поликристаллдык болуп саналат жана ар кандай багыттагы кристаллдык домендери бар. Натыйжада, алардын бөлүкчөлөрүнүн ортосунда окумуштуулар "дан чек аралары" деп атаган нерсе бар, бул цикл учурунда батареянын жарылышына алып келиши мүмкүн. Мунун алдын алуу үчүн, Сюй менен Аргонндун кесиптештери мурда ар бир бөлүкчөнүн айланасында коргоочу полимер каптоону иштеп чыгышкан. Бул каптоо чоң тоголок бөлүкчөлөрдү жана алардын ичиндеги кичинекей бөлүкчөлөрдү курчап турат.
Мындай жаракалардын алдын алуунун дагы бир жолу - монокристалл бөлүкчөлөрүн колдонуу. Бул бөлүкчөлөрдүн электрондук микроскопиясы алардын чек арасы жок экенин көрсөттү.
Команда үчүн көйгөй капталган поликристалдардан жана монокристалдардан жасалган катоддор цикл учурунда дагы эле жарака кетип тургандыгында болгон. Ошондуктан, алар АКШнын Энергетика министрлигинин Аргонн илимий борборунун Өркүндөтүлгөн Фотон Булагында (APS) жана Наноматериалдар борборунда (CNM) бул катод материалдарын кеңири талдоо жүргүзүшкөн.
Беш APS колунда (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C жана 34-ID-E) ар кандай рентген анализдери жүргүзүлдү. Көрсө, окумуштуулар монокристалл деп ойлогон нерсе, электрондук жана рентген микроскопиясы көрсөткөндөй, чындыгында ичинде чек арасы бар экен. CNMдерди сканерлөө жана трансмиссиялык электрондук микроскопиялоо бул тыянакты тастыктады.
«Бул бөлүкчөлөрдүн беттик морфологиясын караганыбызда, алар монокристаллдарга окшош болчу», - деди физик Вэньцзюнь 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 昶微镜 术 圶我们 发现 边界 隐藏 在。”"Бирок, биз синхротрондук рентген дифракциялык микроскопиясы деп аталган ыкманы жана APSте башка ыкмаларды колдонгондо, чек аралар ичинде жашырылганын аныктадык."
Маанилүүсү, команда чек арасыз монокристаллдарды өндүрүү ыкмасын иштеп чыкты. Бул монокристалл катод менен өтө жогорку чыңалууда кичинекей элементтерди сыноо 100 сыноо циклинин ичинде дээрлик эч кандай көрсөткүчтөрдү жоготпой, көлөм бирдигине энергияны сактоонун 25% га жогорулаганын көрсөттү. Ал эми көп интерфейстүү монокристаллдардан же капталган поликристаллдардан турган NMC катоддору ошол эле иштөө мөөнөтүндө кубаттуулуктун 60% дан 88% га чейин төмөндөшүн көрсөттү.
Атомдук масштабдагы эсептөөлөр катоддун сыйымдуулугунун төмөндөшүнүн механизмин ачып берет. CNM компаниясынын нано илимпозу Мария Чандын айтымында, батарея заряддалганда чек аралар андан алыс жайгашкан аймактарга караганда кычкылтек атомдорун жоготуу ыктымалдуулугу жогору. Бул кычкылтектин жоголушу клетка циклинин бузулушуна алып келет.
«Биздин эсептөөлөр чек аранын жогорку басымда кычкылтектин бөлүнүп чыгышына алып келиши мүмкүн экенин көрсөтүп турат, бул иштин натыйжалуулугун төмөндөтүшү мүмкүн», - деди Чан.
Чек араны жок кылуу кычкылтектин бөлүнүп чыгышына жол бербейт, ошону менен катоддун коопсуздугун жана циклдик туруктуулугун жакшыртат. АКШнын Энергетика министрлигинин Лоуренс Беркли атындагы улуттук лабораториясында APS жана өнүккөн жарык булагын колдонуу менен кычкылтектин бөлүнүп чыгышын өлчөө бул тыянакты тастыктайт.
«Эми бизде батарея өндүрүүчүлөрү чек арасы жок жана жогорку басымда иштеген катоддук материалдарды жасоо үчүн колдоно турган көрсөтмөлөр бар», - деди Аргонн университетинин ардактуу мүчөсү Халил Амин. 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。”"Көрсөтмөлөр NMCден башка катод материалдарына да тиешелүү болушу 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, Лианг Йинг, Амин Даали, Ян Рен, Вэнцян Сю, Цзюнцзин Денг, Инхуй Хванг, Дунжун Дэнг, Дунхуй Хванг, Мьхоу, М. 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.
Аргон наноматериалдар борбору жөнүндө АКШнын Энергетика министрлигинин беш нанотехнологиялык изилдөө борборлорунун бири болгон Наноматериалдар борбору АКШнын Энергетика министрлигинин Илим башкармалыгы тарабынан колдоого алынган тармактар ​​аралык наноөлчөмдүү изилдөөлөр үчүн алдыңкы улуттук колдонуучу мекемеси болуп саналат. Биргелешип, NSRCлер изилдөөчүлөргө наноөлчөмдүү материалдарды жасоо, иштетүү, мүнөздөө жана моделдөө үчүн заманбап мүмкүнчүлүктөрдү берген жана Улуттук нанотехнологиялык демилгенин алкагындагы эң ири инфраструктуралык инвестицияны чагылдырган кошумча мекемелердин топтомун түзөт. NSRC АКШнын Энергетика министрлигинин Аргонн, Брукхейвен, Лоуренс Беркли, Оак Ридж, Сандия жана Лос-Аламостогу Улуттук лабораторияларында жайгашкан. NSRC DOE жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн 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 дарегине кириңиз.
АКШнын Энергетика министрлигинин Аргонн улуттук лабораториясындагы Өркүндөтүлгөн Фотон Булагы (APS) дүйнөдөгү эң өндүрүмдүү рентген булактарынын бири болуп саналат. APS материал таануу, химия, конденсацияланган заттардын физикасы, жашоо жана айлана-чөйрө илимдери жана колдонмо изилдөөлөр жаатындагы ар түрдүү изилдөө коомчулугуна жогорку интенсивдүү рентген нурларын берет. Бул рентген нурлары материалдарды жана биологиялык түзүлүштөрдү, элементтердин бөлүштүрүлүшүн, химиялык, магниттик жана электрондук абалдарды жана улуттук экономикабыз, технологиябыз жана денебиз үчүн абдан маанилүү болгон батареялардан баштап күйүүчү май инжекторунун соплолоруна чейинки бардык түрдөгү техникалык жактан маанилүү инженердик системаларды изилдөө үчүн идеалдуу. Ден соолуктун негизи. Жыл сайын 5000ден ашык изилдөөчү APSти колдонуп, маанилүү ачылыштарды кеңири баяндаган жана башка рентген изилдөө борборлорунун колдонуучуларына караганда маанилүүрөөк биологиялык белок структураларын чечкен 2000ден ашык басылмаларды жарыялашат. APS окумуштуулары жана инженерлери ылдамдаткычтардын жана жарык булактарынын иштешин жакшыртуунун негизи болгон инновациялык технологияларды ишке ашырып жатышат. Буга изилдөөчүлөр тарабынан жогору бааланган өтө жаркыраган рентген нурларын чыгаруучу киргизүү түзмөктөрү, рентген нурларын бир нече нанометрге чейин фокустаган линзалар, рентген нурларынын изилденип жаткан үлгү менен өз ара аракеттенүүсүн максималдуу түрдө жогорулатуучу шаймандар жана APS ачылыштарын чогултуу жана башкаруу кирет. Изилдөөлөр чоң көлөмдөгү маалыматтарды түзөт.
Бул изилдөөдө АКШнын Энергетика министрлигинин Илим башкармалыгы үчүн Аргонн улуттук лабораториясы тарабынан DE-AC02-06CH11357 келишим номери боюнча иштетилген АКШнын Энергетика министрлигинин Илим башкармалыгынын колдонуучулар борбору болгон Advanced Photon Source компаниясынын ресурстары колдонулган.
Аргонн улуттук лабораториясы ата мекендик илимдин жана технологиянын актуалдуу көйгөйлөрүн чечүүгө умтулат. АКШдагы биринчи улуттук лаборатория катары Аргонн дээрлик бардык илимий тармактарда алдыңкы фундаменталдык жана колдонмо изилдөөлөрдү жүргүзөт. Аргонн изилдөөчүлөрү жүздөгөн компаниялардын, университеттердин, федералдык, мамлекеттик жана муниципалдык агенттиктердин изилдөөчүлөрү менен тыгыз кызматташып, аларга белгилүү бир көйгөйлөрдү чечүүгө, АКШнын илимий лидерлигин өркүндөтүүгө жана улутту жаркын келечекке даярдоого жардам беришет. Аргонн 60тан ашык өлкөдөн кызматкерлерди жумушка алат жана АКШнын Энергетика министрлигинин Илим башкармалыгынын UChicago Argonne, LLC тарабынан башкарылат.
АКШнын Энергетика министрлигинин Илим башкармалыгы физикалык илимдер боюнча фундаменталдык изилдөөлөрдү жүргүзүүнүн өлкөдөгү эң ири жактоочусу болуп саналат жана биздин замандын эң актуалдуу маселелеринин айрымдарын чечүү үчүн иштейт. Көбүрөөк маалымат алуу үчүн https://energy.gov/science.ience дарегине кириңиз.