AQSh Energetika Departamentining (DOE) Argonne milliy laboratoriyasi tadqiqotchilari lityum-ion batareyalar sohasida uzoq yillik kashshof kashfiyotlarga ega. Ushbu natijalarning aksariyati NMC, nikel-marganets va kobalt oksidi deb ataladigan batareya katodi uchun. Ushbu katodli batareya endi Chevrolet Bolt avtomobilini quvvatlantiradi.
Argonne tadqiqotchilari NMC katodlarida yana bir yutuqga erishdilar. Jamoaning yangi kichik katod zarrachalari tuzilishi batareyani yanada bardoshli va xavfsizroq qilishi, juda yuqori kuchlanishlarda ishlashi va uzoqroq harakatlanish masofalarini ta'minlashi mumkin.
"Endi bizda batareya ishlab chiqaruvchilari yuqori bosimli, chegarasiz katod materiallarini ishlab chiqarishda foydalanishi mumkin bo'lgan ko'rsatmalar mavjud", - dedi Xalil Amin, Argonne faxriy a'zosi.
“Mavjud NMC katodlari yuqori kuchlanishli ishlar uchun katta to'siq bo'lib xizmat qiladi”, dedi yordamchi kimyogar Guiliang Xu. Zaryad-razryad sikli bilan katod zarralarida yoriqlar paydo bo'lishi tufayli unumdorlik tezda pasayadi. O'nlab yillar davomida batareya tadqiqotchilari bu yoriqlarni ta'mirlash yo'llarini izlab kelishgan.
Ilgari bir usul juda kichikroq zarrachalardan tashkil topgan mayda sharsimon zarrachalardan foydalangan. Katta sharsimon zarrachalar polikristal bo'lib, turli yo'nalishdagi kristalli domenlarga ega. Natijada, ular olimlar zarrachalar orasida don chegaralari deb ataydigan narsaga ega, bu esa batareyaning sikl davomida yorilishiga olib kelishi mumkin. Buning oldini olish uchun Xu va Argonne hamkasblari ilgari har bir zarracha atrofida himoya polimer qoplamasini ishlab chiqishgan edi. Bu qoplama katta sharsimon zarrachalarni va ular ichidagi kichikroq zarrachalarni o'rab oladi.
Bu turdagi yorilishning oldini olishning yana bir usuli - monokristalli zarrachalardan foydalanish. Bu zarrachalarning elektron mikroskopiyasi ularning chegaralari yo'qligini ko'rsatdi.
Jamoa uchun muammo shundaki, qoplangan polikristallar va monokristallardan tayyorlangan katodlar sikl paytida ham yorilib ketgan. Shuning uchun ular AQSh Energetika vazirligining Argonne ilmiy markazidagi Advanced Photon Source (APS) va Nanomateriallar markazida (CNM) ushbu katod materiallarini keng qamrovli tahlil qilishdi.
Beshta APS qo'lida (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C va 34-ID-E) turli xil rentgen tahlillari o'tkazildi. Ma'lum bo'lishicha, olimlar elektron va rentgen mikroskopiyasida ko'rsatilganidek, monokristal deb o'ylagan narsaning ichida aslida chegara bor edi. CNMlarning skanerlash va uzatish elektron mikroskopiyasi bu xulosani tasdiqladi.
"Biz bu zarrachalarning sirt morfologiyasiga qaraganimizda, ular bitta kristallarga o'xshardi", dedi fizik Venjun Liu. â�<“yàngìnì,apsìnìnìnìnàngāngāngāngāngāngāngāngāngīng 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� <“yàngì ， yāngāng yāngāng yāngāng yāngīng yāngīng xīngjīng xīngjīngjīng língín língyín língyín língín”"Biroq, biz APSda sinxrotron rentgen difraksiyasi mikroskopiyasi deb nomlangan texnika va boshqa texnikalardan foydalanganimizda, chegaralar ichkarida yashiringanligini aniqladik."
Muhimi, jamoa chegaralarsiz monokristallarni ishlab chiqarish usulini ishlab chiqdi. Kichik elementarni ushbu monokristalli katod bilan juda yuqori kuchlanishlarda sinovdan o'tkazish 100 ta sinov siklida deyarli hech qanday samaradorlik yo'qotmasdan, birlik hajmiga energiya saqlashning 25% ga oshganligini ko'rsatdi. Aksincha, ko'p interfeysli monokristallar yoki qoplangan polikristallardan tashkil topgan NMC katodlari bir xil umr davomida sig'imning 60% dan 88% gacha pasayishini ko'rsatdi.
Atom shkalasini hisoblash katod sig'imining pasayishi mexanizmini ochib beradi. CNM nano-olimi Mariya Changning so'zlariga ko'ra, batareya zaryadlanganda chegaralar ulardan uzoqroq joylarga qaraganda kislorod atomlarini yo'qotish ehtimoli ko'proq. Kislorodning bu yo'qolishi hujayra siklining buzilishiga olib keladi.
"Bizning hisob-kitoblarimiz shuni ko'rsatadiki, chegara yuqori bosimda kislorodning ajralib chiqishiga olib kelishi mumkin, bu esa samaradorlikning pasayishiga olib kelishi mumkin", dedi Chan.
Chegarani olib tashlash kislorod ajralib chiqishini oldini oladi va shu bilan katodning xavfsizligi va tsiklik barqarorligini oshiradi. AQSh Energetika vazirligining Lorens Berkli milliy laboratoriyasida APS va ilg'or yorug'lik manbai yordamida kislorod ajralib chiqishini o'lchash bu xulosani tasdiqlaydi.
"Endi bizda batareya ishlab chiqaruvchilari chegarasiz va yuqori bosimda ishlaydigan katod materiallarini ishlab chiqarish uchun foydalanishi mumkin bo'lgan ko'rsatmalar mavjud", dedi Argonne faxriy a'zosi Xalil Amin. 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。”"Qo'llanmalar NMCdan tashqari katod materiallariga ham qo'llanilishi kerak."
Ushbu tadqiqot haqidagi maqola Nature Energy jurnalida paydo bo'ldi. Xu, Amin, Liu va Changdan tashqari, Argonna mualliflari: Sian Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Chjao, Xinwei Chjou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Xwang, Sunghaing, Djung, Sungha, M. Chen. Lourens Berkli milliy laboratoriyasi (Vanli Yang, Qingtian Li va Zengqing Chjuo), Xiamen universiteti (Jing-Jing Fan, Ling Huang va Shi-Gang Sun) va Tsingxua universiteti (Dongsheng Ren, Xuning Feng va Mingao Ouyang) olimlari.
Argonne Nanomateriallar Markazi haqida AQSh Energetika Departamentining beshta nanotexnologiya tadqiqot markazlaridan biri bo'lgan Nanomateriallar Markazi AQSh Energetika Departamentining Fan idorasi tomonidan qo'llab-quvvatlanadigan fanlararo nanoskalali tadqiqotlar uchun yetakchi milliy foydalanuvchi muassasasi hisoblanadi. Birgalikda, NSRClar tadqiqotchilarga nanoskalali materiallarni ishlab chiqarish, qayta ishlash, tavsiflash va modellashtirish uchun eng zamonaviy imkoniyatlarni taqdim etadigan va Milliy Nanotexnologiya Tashabbusi doirasidagi eng yirik infratuzilma investitsiyalarini ifodalovchi bir-birini to'ldiruvchi muassasalar to'plamini tashkil qiladi. NSRC Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia va Los Alamosdagi AQSh Energetika Departamentining Milliy Laboratoriyalarida joylashgan. NSRC DOE haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun 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 sahifasiga tashrif buyuring.
AQSh Energetika Departamentining Argonne milliy laboratoriyasidagi ilg'or foton manbai (APS) dunyodagi eng samarali rentgen manbalaridan biridir. APS materialshunoslik, kimyo, kondensatsiyalangan moddalar fizikasi, hayot va atrof-muhit fanlari va amaliy tadqiqotlar sohasidagi turli xil tadqiqot hamjamiyatiga yuqori intensivlikdagi rentgen nurlarini taqdim etadi. Ushbu rentgen nurlari materiallar va biologik tuzilmalarni, elementlarning tarqalishini, kimyoviy, magnit va elektron holatlarni hamda milliy iqtisodiyotimiz, texnologiyamiz va tanamiz uchun juda muhim bo'lgan batareyalardan tortib yoqilg'i injektorlarigacha bo'lgan barcha turdagi texnik jihatdan muhim muhandislik tizimlarini o'rganish uchun idealdir. Sog'liqni saqlash asosi. Har yili 5000 dan ortiq tadqiqotchilar APSdan foydalanib, boshqa har qanday rentgen tadqiqot markazi foydalanuvchilariga qaraganda muhimroq biologik oqsil tuzilmalarini batafsil bayon qiluvchi va hal qiluvchi 2000 dan ortiq nashrlarni nashr etadilar. APS olimlari va muhandislari tezlatgichlar va yorug'lik manbalarining ishlashini yaxshilash uchun asos bo'lgan innovatsion texnologiyalarni joriy qilmoqdalar. Bunga tadqiqotchilar tomonidan qadrlanadigan juda yorqin rentgen nurlarini ishlab chiqaradigan kirish qurilmalari, rentgen nurlarini bir necha nanometrgacha fokuslaydigan linzalar, rentgen nurlarining o'rganilayotgan namuna bilan o'zaro ta'sirini maksimal darajada oshiradigan asboblar va APS kashfiyotlarini to'plash va boshqarish kiradi. Tadqiqotlar juda katta hajmdagi ma'lumotlarni yaratadi.
Ushbu tadqiqotda DE-AC02-06CH11357 shartnoma raqami ostida AQSh Energetika vazirligi Fan idorasi uchun Argonne milliy laboratoriyasi tomonidan boshqariladigan AQSh Energetika vazirligi Fan idorasi foydalanuvchilari markazi bo'lgan Advanced Photon Source resurslaridan foydalanilgan.
Argonne milliy laboratoriyasi mahalliy fan va texnologiyalarning dolzarb muammolarini hal qilishga intiladi. Qo'shma Shtatlardagi birinchi milliy laboratoriya sifatida Argonne deyarli barcha ilmiy sohalarda ilg'or fundamental va amaliy tadqiqotlarni olib boradi. Argonne tadqiqotchilari yuzlab kompaniyalar, universitetlar, federal, shtat va shahar agentliklari tadqiqotchilari bilan yaqindan hamkorlik qilib, ularga muayyan muammolarni hal qilishda, AQSh ilmiy yetakchiligini rivojlantirishda va millatni yaxshiroq kelajakka tayyorlashda yordam berishadi. Argonne 60 dan ortiq mamlakatdan xodimlarni ish bilan ta'minlaydi va AQSh Energetika vazirligi Fan idorasining UChicago Argonne, LLC tomonidan boshqariladi.
AQSh Energetika Departamentining Fan idorasi mamlakatdagi eng yirik fizika fanlaridagi fundamental tadqiqotlar tarafdori bo'lib, davrimizning eng dolzarb muammolarini hal qilish ustida ish olib boradi. Qo'shimcha ma'lumot olish uchun https://energy.gov/science saytiga tashrif buyuring.