აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის (DOE) არგონის ეროვნულ ლაბორატორიის მკვლევარებს აქვთ პიონერული აღმოჩენების დიდი ხნის ისტორია ლითიუმ-იონური ბატარეების სფეროში. ამ შედეგებიდან ბევრია ბატარეის კათოდური, რომელსაც ეწოდება NMC, ნიკელ მანგანუმი და კობალტის ოქსიდი. ამ კათოდური ბატარეა ახლა აძლიერებს Chevrolet Bolt.
არგონის მკვლევარებმა მიაღწიეს კიდევ ერთ მიღწევას NMC კათოდებში. გუნდის ახალი პატარა კათოდური ნაწილაკების სტრუქტურამ შეიძლება გახადოს ბატარეა უფრო გამძლე და უსაფრთხო, შეუძლია იმოქმედოს ძალიან მაღალ ძაბვებზე და უზრუნველყოს გრძელი მოგზაურობის დიაპაზონი.
”ჩვენ ახლა გვაქვს მითითებები, რომ ბატარეის მწარმოებლებს შეუძლიათ გამოიყენონ მაღალი წნევის, სასაზღვრო კათოდური მასალების დასამზადებლად”,-არგონ ამინმა, არგონეს ემერიტუსმა.
”არსებული NMC კათოდები წარმოადგენენ მნიშვნელოვან დაბრკოლებას მაღალი ძაბვის მუშაობისთვის”, - თქვა ქიმიკოსის ასისტენტმა გილიანგ Xu. დატენვის ვადაგადაცილებული ველოსიპედით, შესრულება სწრაფად იშლება კათოდური ნაწილაკების ბზარების წარმოქმნის გამო. ათწლეულების განმავლობაში, ბატარეის მკვლევარები ეძებენ ამ ბზარების გამოსწორების გზებს.
წარსულში ერთმა მეთოდმა გამოიყენა პაწაწინა სფერული ნაწილაკები, რომლებიც შედგება მრავალი უფრო მცირე ნაწილაკებისგან. დიდი სფერული ნაწილაკები არის პოლიკრისტალური, სხვადასხვა ორიენტაციის კრისტალური დომენებით. შედეგად, მათ აქვთ ის, რასაც მეცნიერები უწოდებენ მარცვლეულის საზღვრებს ნაწილაკებს შორის, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს ბატარეის ციკლის დროს გატეხვა. ამის თავიდან ასაცილებლად, Xu და არგონის კოლეგებმა ადრე შეიმუშავეს დამცავი პოლიმერული საფარი თითოეული ნაწილაკების გარშემო. ეს საფარი გარშემორტყმულია დიდ სფერულ ნაწილაკებსა და მათში მცირე ნაწილაკებს.
ამგვარი ბზარის თავიდან ასაცილებლად კიდევ ერთი გზაა ერთი ბროლის ნაწილაკების გამოყენება. ამ ნაწილაკების ელექტრონულმა მიკროსკოპმა აჩვენა, რომ მათ არ აქვთ საზღვრები.
გუნდისთვის პრობლემა ის იყო, რომ დაფარული პოლიკრისტალებისა და ცალკეული კრისტალებისგან დამზადებული კათოდები, რომლებიც კვლავ დაბინვდნენ ველოსიპედის დროს. ამრიგად, მათ ჩაატარეს ამ კათოდური მასალების ფართო ანალიზი მოწინავე ფოტონის წყაროს (APS) და ნანომასალების ცენტრში (CNM) აშშ -ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის არგონის სამეცნიერო ცენტრში.
რენტგენის სხვადასხვა ანალიზები ჩატარდა APS– ის ხუთ იარაღზე (11-bm, 20-bm, 2-id-d, 11-id-c და 34-id-e). გამოდის, რომ ის, რაც მეცნიერებმა თვლიდნენ, რომ ერთი ბროლი იყო, როგორც ეს ელექტრონული და რენტგენული მიკროსკოპია იყო ნაჩვენები, ფაქტობრივად ჰქონდა საზღვარი შიგნით. CNMS- ის სკანირებისა და გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპია დაადასტურა ეს დასკვნა.
”როდესაც ამ ნაწილაკების ზედაპირული მორფოლოგიას ვუყურებდით, ისინი ერთ კრისტალებს ჰგავდნენ”, - თქვა ფიზიკოსმა ვენჯუნ ლიუმ. 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。” .”თუმცა, როდესაც ჩვენ გამოვიყენეთ ტექნიკა სახელწოდებით სინქროტრონის რენტგენული დიფრაქციული მიკროსკოპია და სხვა ტექნიკა APS- ში, აღმოვაჩინეთ, რომ საზღვრები იმალებოდა შიგნით.”
რაც მთავარია, გუნდმა შეიმუშავა მეთოდი ერთი კრისტალების წარმოების საზღვრების გარეშე. ამ ერთ კრისტალური კათოდური მცირე ზომის უჯრედების ტესტირებამ ძალიან მაღალ ძაბვებზე აჩვენა ენერგიის შენახვის 25% –ით ზრდა ერთეულის მოცულობაზე, პრაქტიკულად არ დაკარგა 100-ზე მეტი ტესტის ციკლი. ამის საპირისპიროდ, NMC კათოდებმა, რომლებიც შედგება მრავალ ინტერფეისის ერთჯერადი კრისტალებისგან ან დაფარული პოლიკრისტალებისგან, აჩვენეს სიმძლავრის ვარდნა 60% -დან 88% -მდე იმავე სიცოცხლის განმავლობაში.
ატომური მასშტაბის გამოთვლებით გამოვლენილია კათოდური ტევადობის შემცირების მექანიზმი. CNM- ის ნანომცეტი, მარია ჩანგის თქმით, საზღვრები უფრო მეტად დაკარგავს ჟანგბადის ატომებს, როდესაც ბატარეა დატვირთულია, ვიდრე მათგან შორს. ჟანგბადის ეს დაკარგვა იწვევს უჯრედული ციკლის დეგრადაციას.
”ჩვენი გამოთვლები აჩვენებს, თუ როგორ შეიძლება საზღვარმა გამოიწვიოს ჟანგბადის გაშვება მაღალი წნევის დროს, რამაც შეიძლება გამოიწვიოს შესრულების შემცირება,” - თქვა ჩანმა.
საზღვრის აღმოფხვრა ხელს უშლის ჟანგბადის ევოლუციას, რითაც აუმჯობესებს კათოდური უსაფრთხოების და ციკლური სტაბილურობას. ჟანგბადის ევოლუციის გაზომვები APS– ით და მოწინავე შუქის წყარო აშშ - ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ლოურენს ბერკლის ეროვნულ ლაბორატორიაში დაადასტურეთ ეს დასკვნა.
”ახლა ჩვენ გვაქვს მითითებები, რომ ბატარეის მწარმოებლებს შეუძლიათ გამოიყენონ კათოდური მასალების დასამზადებლად, რომლებსაც არ აქვთ საზღვრები და მოქმედებენ მაღალი წნევის დროს,” - თქვა ხალილ ამინმა, არგონეს თანამემამულემ. 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。””სახელმძღვანელო მითითებები უნდა ეხებოდეს კათოდურ მასალებს, გარდა NMC.”
ამ კვლევის შესახებ სტატია გამოჩნდა ჟურნალში Nature Energy. გარდა Xu, Amin, Liu და Chang, Argonne ავტორები არიან Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui დუ, და ზონხაი ჩენი. ლოურენს ბერკლის ეროვნული ლაბორატორიის მეცნიერები (Wanli Yang, Qingtian Li და Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan, Ling Huang და Shi-Band Sun) და Tsinghua University (Dongsheng Ren, Xuning Feng and Mingao Ouyang).
არგონის ნანომასალების ცენტრის შესახებ, ნანომასალების ცენტრი, აშშ -ს ენერგეტიკის ნანოტექნოლოგიის კვლევითი ცენტრიდან ერთ - ერთი, არის პრემიერ ეროვნული მომხმარებლის ინსტიტუტი ინტერდისციპლინარული ნანოწამების კვლევისთვის, რომელსაც მხარს უჭერს აშშ -ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის მეცნიერების ოფისი. ერთად, NSRC– ები ქმნიან დამატებითი ობიექტების კომპლექტს, რომელიც მკვლევარებს უწევს თანამედროვე შესაძლებლობების შესაძლებლობებს ნანომასალაგების მასალების გაყალბების, დამუშავების, დამუშავებისა და მოდელირებისთვის და წარმოადგენს ნანოტექნოლოგიის ეროვნული ინიციატივის უდიდეს ინფრასტრუქტურულ ინვესტიციას. NSRC მდებარეობს აშშ -ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის ეროვნულ ლაბორატორიებში არგონში, ბრუკჰავენში, ლოურენს ბერკლიში, მუხის რიდში, სანდიაში და ლოს ალამოში. დამატებითი ინფორმაციისთვის NSRC DOE– ს შესახებ ეწვიეთ https: // Science .Osti .Gov/us er-f a c i lit ანუ s/us er-f a c i l it it ანუ s-at -a glance.
აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის მოწინავე ფოტონის წყარო (APS) არგონის ეროვნულ ლაბორატორიაში არის მსოფლიოში ერთ-ერთი ყველაზე პროდუქტიული რენტგენის წყარო. APS უზრუნველყოფს მაღალი ინტენსივობის რენტგენის სხივებს მრავალფეროვან კვლევითი საზოგადოებისთვის მასალების მეცნიერებაში, ქიმიის, შედედებული მატერიის ფიზიკის, ცხოვრებისა და გარემოსდაცვითი მეცნიერებებისა და გამოყენებითი კვლევების სფეროში. ეს რენტგენოლოგიური სხივები იდეალურია მასალების და ბიოლოგიური სტრუქტურების შესასწავლად, ელემენტების, ქიმიური, მაგნიტური და ელექტრონული მდგომარეობების განაწილებისა და ყველა სახის ტექნიკურად მნიშვნელოვანი საინჟინრო სისტემების შესასწავლად, ბატარეებიდან დაწყებული ინჟექტორის საქშენებამდე, რომლებიც სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია ჩვენი ეროვნული ეკონომიკისთვის, ტექნოლოგიისთვის. და სხეული ჯანმრთელობის საფუძველი. ყოველწლიურად, 5000-ზე მეტი მკვლევარი იყენებს APS- ს, რომ გამოაქვეყნოს 2,000-ზე მეტი პუბლიკაცია, სადაც აღწერილია მნიშვნელოვანი აღმოჩენები და უფრო მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური ცილოვანი სტრუქტურების გადასაჭრელად, ვიდრე სხვა რენტგენული კვლევითი ცენტრის მომხმარებლები. APS მეცნიერები და ინჟინრები ახორციელებენ ინოვაციურ ტექნოლოგიებს, რომლებიც საფუძველია ამაჩქარებლებისა და მსუბუქი წყაროების მუშაობის გაუმჯობესების მიზნით. ეს მოიცავს შეყვანის მოწყობილობებს, რომლებიც წარმოქმნიან უკიდურესად ნათელი რენტგენის სხივებს მკვლევარებმა, ლინზებმა, რომლებიც რენტგენოლოგიურად ფოკუსირდება რამდენიმე ნანომეტრზე, ინსტრუმენტებზე, რომლებიც მაქსიმალურად ახდენენ რენტგენის სხივების ურთიერთქმედებას შესწავლილ ნიმუშთან, ხოლო APS აღმოჩენების შეგროვებასა და მენეჯმენტს გამოკვლევა წარმოშობს მონაცემთა უზარმაზარ მოცულობებს.
ამ კვლევამ გამოიყენა რესურსები Advanced Photon Source– ისგან, აშშ-ს ენერგეტიკის სამეცნიერო ოფისის დეპარტამენტის ოფისის მიერ, რომელსაც მართავს არგონის ეროვნული ლაბორატორია აშშ-ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის სამეცნიერო დეპარტამენტში, ხელშეკრულების ნომერი DE-AC02-06CH11357.
არგონის ეროვნული ლაბორატორია ცდილობს გადაჭრას საშინაო მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების აქტუალური პრობლემები. როგორც შეერთებულ შტატებში პირველი ეროვნული ლაბორატორია, არგონი ატარებს უახლეს და გამოყენებულ კვლევებს პრაქტიკულად ყველა სამეცნიერო დისციპლინაში. არგონის მკვლევარები მჭიდროდ თანამშრომლობენ ასობით კომპანიის, უნივერსიტეტისა და ფედერალური, სახელმწიფო და მუნიციპალური სააგენტოების მკვლევარებთან, რათა მათ დაეხმარონ მათ კონკრეტული პრობლემების მოგვარებაში, სამეცნიერო ხელმძღვანელობის წინსვლასა და ერს უკეთესი მომავლისთვის. არგონი დასაქმებულია 60 -ზე მეტი ქვეყნიდან და მას მართავს აშშ ენერგეტიკის დეპარტამენტის სამეცნიერო დეპარტამენტის შპს უჩიკაგო არგონი.
აშშ -ს ენერგეტიკის დეპარტამენტის მეცნიერების ოფისი არის ფიზიკური მეცნიერებების ძირითადი კვლევების უმსხვილესი მომხრე, რომელიც მუშაობს ჩვენი დროის ზოგიერთ ყველაზე აქტუალურ საკითხზე. დამატებითი ინფორმაციისთვის ეწვიეთ https: // ენერგიას .Gov/Science Ience.