Panaliti di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) gaduh sajarah panjang ngeunaan panemuan panaratas dina widang batré litium-ion. Seueur hasil ieu kanggo katoda batré, anu disebut NMC, mangan nikel sareng oksida kobalt. Batré anu nganggo katoda ieu ayeuna ngawasaan Chevrolet Bolt.
Panaliti Argonne parantos ngahontal terobosan anu sanés dina katoda NMC. Struktur partikel katoda leutik tim anyar tiasa ngajantenkeun batré langkung awét sareng langkung aman, tiasa beroperasi dina tegangan anu luhur pisan sareng nyayogikeun jarak perjalanan anu langkung panjang.
"Kami ayeuna gaduh pituduh anu tiasa dianggo ku produsén batré pikeun ngadamel bahan katoda tekanan tinggi, tanpa wates," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Katoda NMC anu aya nampilkeun halangan utama pikeun padamelan tegangan tinggi," saur asisten kimiawan Guiliang Xu. Kalayan siklus charge-discharge, kinerja turun gancang kusabab formasi retakan dina partikel katoda. Mangtaun-taun, peneliti batré parantos milarian cara pikeun ngalereskeun retakan ieu.
Hiji métode baheula ngagunakeun partikel buleud leutik nu diwangun ku loba partikel nu leuwih leutik. Partikel buleud badag nyaéta polycrystalline, kalawan domain kristalin rupa-rupa orientasi. Hasilna, maranéhna boga naon disebut élmuwan wates sisikian antara partikel, nu bisa ngabalukarkeun batréna rengat salila siklus hiji. Pikeun nyegah ieu, kolega Xu sareng Argonne sateuacana ngembangkeun lapisan polimér pelindung di sabudeureun unggal partikel. Lapisan ieu ngurilingan partikel buleud ageung sareng partikel leutik di jerona.
Cara séjén pikeun nyingkahan retakan sapertos ieu nyaéta ngagunakeun partikel kristal tunggal. Mikroskop éléktron partikel ieu némbongkeun yén maranéhna teu boga wates.
Masalahna pikeun tim éta katoda anu didamel tina polycrystals coated sareng kristal tunggal masih retak nalika ngurilingan. Ku sabab kitu, aranjeunna ngalaksanakeun analisis éksténsif bahan katoda ieu di Advanced Photon Source (APS) jeung Center for Nanomaterials (CNM) di US Department of Energy's Argonne Science Center.
Rupa-rupa analisis x-ray dilakukeun dina lima panangan APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C sareng 34-ID-E). Tétéla yén anu disangka para ilmuwan nyaéta kristal tunggal, sapertos anu dipidangkeun ku éléktron sareng mikroskop sinar-X, saleresna ngagaduhan wates di jero. Scanning sarta pangiriman mikroskop éléktron CNMs dikonfirmasi kacindekan ieu.
"Nalika urang nempo morfologi permukaan partikel ieu, maranéhanana kasampak kawas kristal tunggal," ceuk fisikawan Wenjun Liu. â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X 射线衍射显使用一种称为同步加速器X 射线衍射显使用一种称为同步加速器X 射线衍射显使用一种称为同步加速器X 射线衍射显微镜的技术和华住界隐藏在内部.” 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 技术 和 ，现 边界 隐藏 在。”"Nanging, nalika kami nganggo téknik anu disebut synchrotron X-ray difraksi mikroskop sareng téknik sanés dina APS, kami mendakan yén watesna disumputkeun di jero."
Anu penting, tim parantos ngembangkeun metode pikeun ngahasilkeun kristal tunggal tanpa wates. Nguji sél leutik nganggo katoda kristal tunggal ieu dina voltase anu luhur pisan nunjukkeun paningkatan 25% dina panyimpen énérgi per volume unit kalayan ampir henteu rugi dina pagelaran langkung ti 100 siklus tés. Kontras, katoda NMC diwangun ku kristal tunggal multi-antarmuka atawa polycrystals coated némbongkeun turunna kapasitas 60% nepi ka 88% leuwih hirupna sarua.
Itungan skala atom nembongkeun mékanisme réduksi capacitance katoda. Numutkeun Maria Chang, hiji nanoscientist di CNM, wates leuwih gampang leungit atom oksigén nalika batréna dieusi ti wewengkon nu leuwih jauh ti aranjeunna. Leungitna oksigén ieu ngabalukarkeun degradasi siklus sél.
"Itungan kami némbongkeun kumaha wates bisa ngakibatkeun oksigén dileupaskeun dina tekanan tinggi, nu bisa ngakibatkeun ngurangan kinerja," ceuk Chan.
Ngaleungitkeun wates nyegah évolusi oksigén, ku kituna ningkatkeun kaamanan sareng stabilitas siklik katoda. Pangukuran évolusi oksigén nganggo APS sareng sumber cahaya canggih di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi AS mastikeun kacindekan ieu.
"Ayeuna kami ngagaduhan pedoman anu tiasa dianggo ku produsén batré pikeun ngadamel bahan katoda anu teu aya watesna sareng beroperasi dina tekanan tinggi," saur Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus. 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。”"Pedoman kedah dilarapkeun ka bahan katoda lian ti NMC."
Artikel ngeunaan ulikan ieu muncul dina jurnal Nature Energy. Salian Xu, Amin, Liu sareng Chang, pangarang Argonne nyaéta Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu , Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du, jeung Zonghai Chen. Élmuwan ti Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, sareng Zengqing Zhuo), Universitas Xiamen (Jing-Jing Fan , Ling Huang sareng Shi-Gang Sun) sareng Universitas Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng sareng Mingao Ouyang).
Ngeunaan Argonne Center for Nanomaterials The Center for Nanomaterials, salah sahiji tina lima puseur panalungtikan nanotéhnologi Departemen Énergi AS, nyaéta lembaga pamaké nasional premiere pikeun panalungtikan nanoscale interdisiplinér dirojong ku Departemen AS Énergi urang Kantor Élmu. Kalawan babarengan, NSRCs ngabentuk suite tina fasilitas pelengkap nu nyadiakeun peneliti kalawan kamampuhan state-of-nu-seni pikeun fabricating, processing, characterizing, sarta modeling bahan nanoscale sarta ngagambarkeun investasi infrastruktur pangbadagna dina National Nanotéhnologi Inisiatif. NSRC perenahna di Laboratorium Nasional Departemen Energi AS di Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, sareng Los Alamos. Kanggo inpo nu langkung lengkep ihwal NSRC DOE, mangga buka https://science.osti.gov/User--Facilit-iie-s/Us. er-F​a​​l​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​.
Sumber Foton Lanjutan Departemen Energi AS (APS) di Argonne National Laboratory mangrupikeun salah sahiji sumber sinar-X anu paling produktif di dunya. APS nyayogikeun sinar-X inténsitas tinggi ka komunitas panaliti anu rupa-rupa dina élmu bahan, kimia, fisika zat kondensasi, élmu kahirupan sareng lingkungan, sareng panalitian terapan. Sinar-X ieu idéal pikeun ngulik bahan sareng struktur biologis, distribusi unsur, kimia, nagara magnét sareng éléktronik, sareng sistem rékayasa téknis penting tina sagala jinis, ti batré dugi ka nozzle injektor bahan bakar, anu penting pisan pikeun ékonomi nasional urang, téknologi. . jeung awak Dasar kaséhatan. Unggal taun, leuwih ti 5.000 panalungtik ngagunakeun APS pikeun nyebarkeun leuwih ti 2.000 publikasi nu detil panemuan penting jeung ngarengsekeun struktur protéin biologis nu leuwih penting batan pamaké puseur panalungtikan sinar-X séjén. Élmuwan sareng insinyur APS ngalaksanakeun téknologi inovatif anu janten dasar pikeun ningkatkeun kinerja akselerator sareng sumber cahaya. Ieu kalebet alat input anu ngahasilkeun sinar-X anu terang pisan anu dihargaan ku panaliti, lénsa anu museurkeun sinar-X dugi ka sababaraha nanometer, instrumen anu maksimalkeun cara sinar-X berinteraksi sareng sampel anu ditalungtik, sareng ngumpulkeun sareng ngokolakeun panemuan APS. Panalungtikan ngahasilkeun volume data anu ageung.
Ulikan ieu ngagunakeun sumberdaya ti Advanced Photon Source, Departemen Énergi Kantor Élmu Pusat Pamaké AS anu dioperasikeun ku Laboratorium Nasional Argonne pikeun Departemen Élmu Énergi Departemen AS dina nomer kontrak DE-AC02-06CH11357.
Laboratorium Nasional Argonne narékahan pikeun ngabéréskeun masalah-masalah anu penting dina élmu sareng téknologi domestik. Salaku laboratorium nasional munggaran di Amérika Serikat, Argonne ngalaksanakeun panalungtikan dasar sareng terapan anu canggih dina ampir unggal disiplin ilmiah. Panaliti Argonne damel caket sareng peneliti ti ratusan perusahaan, paguron luhur, sareng agénsi féderal, nagara bagian, sareng kotamadya pikeun ngabantosan aranjeunna ngarengsekeun masalah khusus, ngamajukeun kapamimpinan ilmiah AS, sareng nyiapkeun bangsa pikeun masa depan anu langkung saé. Argonne padamelan karyawan ti langkung ti 60 nagara sareng dioperasikeun ku UChicago Argonne, LLC ti Kantor Élmu Énergi Departemen AS.
Kantor Élmu di Departemen Énergi AS nyaéta proponent panggedena bangsa urang panalungtikan dasar dina élmu fisik, digawé pikeun alamat sababaraha isu paling mencet jaman urang. Kanggo inpo nu leuwih lengkep, mangga buka https://energy.gov/science.ience.