Para panalungtik di Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) gaduh sajarah anu panjang dina panemuan pionir dina widang batré litium-ion. Seueur hasil ieu pikeun katoda batré, anu disebut NMC, nikel mangan sareng kobalt oksida. Batré kalayan katoda ieu ayeuna ngagerakkeun Chevrolet Bolt.
Para panalungtik Argonne parantos ngahontal kamajuan sanés dina katoda NMC. Struktur partikel katoda alit énggal tim ieu tiasa ngajantenkeun batré langkung awét sareng langkung aman, tiasa beroperasi dina tegangan anu luhur pisan sareng nyayogikeun rentang perjalanan anu langkung panjang.
"Ayeuna urang gaduh pituduh anu tiasa dianggo ku produsén batré pikeun ngadamel bahan katoda tekanan tinggi anu teu aya watesna," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Katoda NMC anu tos aya mangrupikeun halangan utama pikeun padamelan tegangan tinggi," saur asistén kimiawan Guiliang Xu. Kalayan siklus muatan-pelepasan, kinerja turun gancang kusabab kabentukna retakan dina partikel katoda. Mangtaun-taun, para panaliti batré parantos milarian cara pikeun ngalereskeun retakan ieu.
Salah sahiji metode di jaman baheula nyaéta ngagunakeun partikel buleud leutik anu diwangun ku seueur partikel anu langkung alit. Partikel buleud ageung nyaéta polikristalin, kalayan domain kristalin tina rupa-rupa orientasi. Hasilna, aranjeunna ngagaduhan naon anu disebut ku para ilmuwan wates butir antara partikel, anu tiasa nyababkeun batré retak salami siklus. Pikeun nyegah ieu, kolega Xu sareng Argonne sateuacanna parantos ngembangkeun lapisan polimér pelindung di sakitar unggal partikel. Lapisan ieu ngurilingan partikel buleud ageung sareng partikel anu langkung alit di jerona.
Cara séjén pikeun nyingkahan retakan sapertos kieu nyaéta ku ngagunakeun partikel kristal tunggal. Mikroskopi éléktron tina partikel-partikel ieu nunjukkeun yén éta henteu gaduh wates.
Masalahna pikeun tim éta nyaéta katoda anu didamel tina polikristal anu dilapis sareng kristal tunggal masih retak nalika siklus. Ku alatan éta, aranjeunna ngalaksanakeun analisis anu éksténsif ngeunaan bahan katoda ieu di Advanced Photon Source (APS) sareng Center for Nanomaterials (CNM) di Argonne Science Center Departemen Energi AS.
Rupa-rupa analisis sinar-x dilakukeun dina lima panangan APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C sareng 34-ID-E). Tétéla yén anu dipikirkeun ku para ilmuwan salaku kristal tunggal, sapertos anu dipidangkeun ku mikroskop éléktron sareng sinar-X, saleresna ngagaduhan wates di jerona. Mikroskopi éléktron scanning sareng transmisi CNM mastikeun kacindekan ieu.
"Nalika urang ningali morfologi permukaan partikel-partikel ieu, aranjeunna katingalina sapertos kristal tunggal," saur 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 技术 和 ，发现 边界 隐藏 在。”"Nanging, nalika urang nganggo téknik anu disebut mikroskop difraksi sinar-X synchrotron sareng téknik sanésna di APS, urang mendakan yén wates-watesna disumputkeun di jero."
Anu penting, tim ieu parantos ngembangkeun metode pikeun ngahasilkeun kristal tunggal tanpa wates. Nguji sél leutik nganggo katoda kristal tunggal ieu dina tegangan anu luhur pisan nunjukkeun paningkatan 25% dina panyimpenan énergi per unit volume kalayan ampir teu aya karugian kinerja langkung ti 100 siklus uji. Sabalikna, katoda NMC anu diwangun ku kristal tunggal multi-antarmuka atanapi polikristal anu dilapis nunjukkeun panurunan kapasitas 60% dugi ka 88% salami umur anu sami.
Itungan skala atom ngungkabkeun mékanisme réduksi kapasitansi katoda. Numutkeun Maria Chang, ahli nanosains di CNM, wates-wates leuwih gampang kaleungitan atom oksigén nalika batré dicas tibatan daérah anu langkung jauh ti dinya. Leungitna oksigén ieu nyababkeun degradasi siklus sél.
"Itungan kami nunjukkeun kumaha wates éta tiasa nyababkeun oksigén dileupaskeun dina tekanan anu luhur, anu tiasa nyababkeun kinerja anu turun," saur Chan.
Ngaleungitkeun wates nyegah évolusi oksigén, sahingga 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 urang gaduh pedoman anu tiasa dianggo ku produsén batré pikeun ngadamel bahan katoda anu teu aya watesna sareng beroperasi dina tekenan anu luhur," 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 diterapkeun kana bahan katoda salian ti NMC."
Artikel ngeunaan ulikan ieu muncul dina jurnal Nature Energy. Salian Xu, Amin, Liu jeung 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 Chen Du, jeung Zonghai. 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 Pusat Nanomaterial Argonne Pusat Nanomaterial, salah sahiji tina lima pusat panalungtikan nanotéhnologi Departemen Énergi AS, nyaéta lembaga pangguna nasional utama pikeun panalungtikan skala nano interdisiplinér anu dirojong ku Kantor Élmu Departemen Énergi AS. Babarengan, NSRC ngabentuk sakumpulan fasilitas pelengkap anu nyayogikeun para panaliti kamampuan anu canggih pikeun ngadamel, ngolah, ngacirikeun, sareng modél bahan skala nano sareng ngawakilan investasi infrastruktur panggedéna dina Inisiatif Nanotéhnologi Nasional. NSRC ayana di Laboratorium Nasional Departemen Énergi AS di Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, sareng Los Alamos. Kanggo inpormasi lengkep ngeunaan NSRC DOE, kunjungi https://science.osti.gov/Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​ie​s​-​at​-a​​Glance.
Sumber Foton Canggih (APS) Departemen Energi AS di Laboratorium Nasional Argonne mangrupikeun salah sahiji sumber sinar-X anu paling produktif di dunya. APS nyayogikeun sinar-X intensitas tinggi ka komunitas panalungtikan anu beragam dina élmu bahan, kimia, fisika zat terkondensasi, élmu kahirupan sareng lingkungan, sareng panalungtikan terapan. Sinar-X ieu idéal pikeun nalungtik bahan sareng struktur biologis, distribusi unsur, kaayaan kimia, magnét sareng éléktronik, sareng sistem rékayasa anu penting sacara téknis tina sagala rupa, ti batré dugi ka nozzle injektor bahan bakar, anu penting pisan pikeun ékonomi nasional, téknologi sareng awak urang. Dasar kaséhatan. Unggal taun, langkung ti 5.000 panaliti nganggo APS pikeun nyebarkeun langkung ti 2.000 publikasi anu ngajelaskeun panemuan penting sareng ngarengsekeun struktur protéin biologis anu langkung penting tibatan pangguna pusat panalungtikan sinar-X anu sanés. 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 caang pisan anu dipikagaduh ku para panalungtik, lénsa anu museurkeun sinar-X dugi ka sababaraha nanometer, instrumen anu ngamaksimalkeun cara sinar-X berinteraksi sareng sampel anu ditalungtik, sareng pangumpulan sareng manajemen panemuan APS. Panalungtikan ngahasilkeun volume data anu ageung pisan.
Panilitian ieu ngamangpaatkeun sumber daya ti Advanced Photon Source, Pusat Pangguna Kantor Élmu Énergi Departemen Énergi AS anu dioperasikeun ku Laboratorium Nasional Argonne pikeun Kantor Élmu Énergi Departemen Énergi AS kalayan nomer kontrak DE-AC02-06CH11357.
Laboratorium Nasional Argonne narékahan pikeun ngarengsekeun 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. Para panaliti Argonne damel raket sareng para panaliti ti ratusan perusahaan, universitas, sareng lembaga féderal, nagara bagian, sareng kotamadya pikeun ngabantosan aranjeunna ngarengsekeun masalah khusus, ngamajukeun kapamingpinan ilmiah AS, sareng nyiapkeun bangsa pikeun masa depan anu langkung saé. Argonne ngagajih karyawan ti langkung ti 60 nagara sareng dioperasikeun ku UChicago Argonne, LLC ti Kantor Élmu Departemen Énergi AS.
Kantor Élmu di Departemen Énergi AS mangrupikeun pendukung panggedéna di nagara éta pikeun panalungtikan dasar dina élmu fisika, anu damel pikeun ngungkulan sababaraha masalah anu paling penting dina jaman urang. Kanggo inpormasi lengkep, mangga buka https://energy.gov/scienceience.