ABŞ Energetika Nazirliyinin (DOE) Argonne Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları litium-ion batareyaları sahəsində uzun bir kəşf tarixinə malikdirlər. Bu nəticələrin çoxu NMC, nikel manqan və kobalt oksidi adlanan batareya katodu üçündür. Bu katodlu batareya artıq Chevrolet Bolt-u hərəkətə gətirir.
Argonne tədqiqatçıları NMC katodlarında daha bir irəliləyiş əldə ediblər. Komandanın yeni kiçik katod hissəcikləri quruluşu batareyanı daha davamlı və təhlükəsiz edə, çox yüksək gərginliklərdə işləməyə və daha uzun məsafələrə hərəkət etməyə qadir edə bilər.
“Artıq batareya istehsalçılarının yüksək təzyiqli, sərhədsiz katod materialları hazırlamaq üçün istifadə edə biləcəkləri təlimatlarımız var”, - deyə Argonne Fəxri Təqaüdçüsü Xəlil Amin bildirib.
Kimyaçı köməkçisi Guiliang Xu bildirib ki, “Mövcud NMC katodları yüksək gərginlikli iş üçün böyük bir maneə yaradır”. Yük-boşalma dövriyyəsi ilə katod hissəciklərində çatların əmələ gəlməsi səbəbindən performans sürətlə aşağı düşür. Onilliklərdir ki, batareya tədqiqatçıları bu çatları təmir etməyin yollarını axtarırlar.
Keçmişdə bir metodda çoxlu sayda daha kiçik hissəciklərdən ibarət kiçik sferik hissəciklərdən istifadə olunurdu. Böyük sferik hissəciklər müxtəlif istiqamətli kristallik domenlərə malik polikristaldır. Nəticədə, onlar hissəciklər arasında elm adamları tərəfindən dənə sərhədləri adlandırılan bir şeyə malikdirlər ki, bu da batareyanın dövr ərzində çatlamasına səbəb ola bilər. Bunun qarşısını almaq üçün Xu və Argonne-nin həmkarları əvvəllər hər bir hissəciyin ətrafında qoruyucu polimer örtük hazırlamışdılar. Bu örtük böyük sferik hissəcikləri və onların içərisindəki daha kiçik hissəcikləri əhatə edir.
Bu cür çatlamanın qarşısını almağın başqa bir yolu tək kristal hissəciklərdən istifadə etməkdir. Bu hissəciklərin elektron mikroskopiyası onların heç bir sərhədinin olmadığını göstərdi.
Komanda üçün problem örtüklü polikristallardan və tək kristallardan hazırlanmış katodların dövriyyə zamanı hələ də çatlaması idi. Buna görə də, onlar ABŞ Energetika Nazirliyinin Arqon Elm Mərkəzindəki Qabaqcıl Foton Mənbəyi (APS) və Nanomateriallar Mərkəzində (CNM) bu katod materiallarının geniş təhlilini apardılar.
Beş APS qolunda (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C və 34-ID-E) müxtəlif rentgen analizləri aparıldı. Məlum oldu ki, elektron və rentgen mikroskopiyası ilə göstərildiyi kimi, elm adamlarının tək kristal olduğunu düşündüyü şeyin əslində içərisində bir sərhəd var idi. CNM-lərin skan edilməsi və ötürücü elektron mikroskopiyası bu nəticəni təsdiqlədi.
Fizik Venjun Liu dedi: "Bu hissəciklərin səth morfologiyasına baxdığımız zaman onlar tək kristallara bənzəyirdi". 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 暄 显微镜 的 滌匶我们 发现 边界 隐藏 在。”"Lakin, APS-də sinxrotron rentgen difraksiya mikroskopiyası adlanan bir texnikadan və digər üsullardan istifadə etdikdə, sərhədlərin içəridə gizləndiyini gördük."
Əhəmiyyətli olan odur ki, komanda sərhədsiz tək kristallar istehsal etmək üçün bir üsul hazırlayıb. Kiçik elementlərin bu tək kristallı katodla çox yüksək gərginliklərdə sınaqdan keçirilməsi, 100 sınaq dövründə demək olar ki, heç bir performans itkisi olmadan vahid həcmdə enerji saxlamasında 25% artım göstərib. Bunun əksinə olaraq, çox interfeysli tək kristallardan və ya örtüklü polikristallardan ibarət NMC katodları eyni ömür müddətində tutumun 60%-dən 88%-ə qədər azalmasını göstərib.
Atom miqyaslı hesablamalar katod tutumunun azalma mexanizmini ortaya qoyur. CNM-də nanoloq olan Maria Çanqa görə, batareya doldurulduqda sərhədlərin oksigen atomlarını itirmə ehtimalı onlardan daha uzaqda yerləşən ərazilərə nisbətən daha yüksəkdir. Bu oksigen itkisi hüceyrə dövrünün pozulmasına səbəb olur.
Çan dedi: “Hesablamalarımız göstərir ki, sərhəd yüksək təzyiqdə oksigenin sərbəst buraxılmasına səbəb ola bilər və bu da performansın azalmasına səbəb ola bilər”.
Sərhədin aradan qaldırılması oksigenin ayrılmasının qarşısını alır və bununla da katodun təhlükəsizliyini və dövri sabitliyini artırır. ABŞ Energetika Nazirliyinin Lorens Berkli Milli Laboratoriyasında APS və qabaqcıl işıq mənbəyi ilə oksigenin ayrılma ölçmələri bu nəticəni təsdiqləyir.
Argonne Fəxri Təqaüdçüsü Xəlil Amin bildirib ki, “İndi batareya istehsalçılarının sərhədləri olmayan və yüksək təzyiq altında işləyən katod materialları hazırlamaq üçün istifadə edə biləcəyi qaydalar var”. 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。”"Təlimatlar NMC-dən başqa katod materiallarına da şamil edilməlidir."
Bu araşdırma ilə bağlı məqalə Nature Energy jurnalında dərc olunub. Xu, Amin, Liu və Çanqdan başqa, Arqon müəllifləri Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, Sunghaing, Dungu, Sunqha, M. Chen. Lawrence Berkeley Milli Laboratoriyasının (Wanli Yang, Qingtian Li və Zengqing Zhuo), Xiamen Universiteti (Jing-Jing Fan, Ling Huang və Shi-Gang Sun) və Tsinghua Universitetinin (Dongsheng Ren, Xuning Feng və Mingao Ouyang) alimləri.
Argonne Nanomateriallar Mərkəzi haqqında ABŞ Enerji Departamentinin beş nanotexnologiya tədqiqat mərkəzindən biri olan Nanomateriallar Mərkəzi, ABŞ Enerji Departamentinin Elm Ofisi tərəfindən dəstəklənən fənlərarası nanosürətli tədqiqatlar üçün aparıcı milli istifadəçi qurumudur. Birlikdə, NSRC-lər tədqiqatçılara nanosürətli materialların istehsalı, emalı, xarakterizə edilməsi və modelləşdirilməsi üçün ən müasir imkanlar təqdim edən və Milli Nanotexnologiya Təşəbbüsü çərçivəsində ən böyük infrastruktur investisiyasını təmsil edən bir sıra tamamlayıcı müəssisələr təşkil edir. NSRC, Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia və Los Alamosda yerləşən ABŞ Enerji Departamentinin Milli Laboratoriyalarında yerləşir. NSRC DOE haqqında daha çox məlumat üçün 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 saytına daxil olun.
ABŞ Energetika Nazirliyinin Arqon Milli Laboratoriyasındakı Qabaqcıl Foton Mənbəyi (APS) dünyanın ən məhsuldar rentgen mənbələrindən biridir. APS materialşünaslıq, kimya, kondensləşdirilmiş maddə fizikası, həyat və ətraf mühit elmləri və tətbiqi tədqiqatlar sahəsində müxtəlif tədqiqat icmalarına yüksək intensivlikli rentgen şüaları təqdim edir. Bu rentgen şüaları materialları və bioloji strukturları, elementlərin paylanmasını, kimyəvi, maqnit və elektron vəziyyətlərini və milli iqtisadiyyatımız, texnologiyamız və bədənimiz üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən batareyalardan yanacaq enjektoru burunlarına qədər hər növ texniki cəhətdən əhəmiyyətli mühəndislik sistemlərini öyrənmək üçün idealdır. Sağlamlığın əsası. Hər il 5000-dən çox tədqiqatçı APS-dən istifadə edərək, digər rentgen tədqiqat mərkəzlərinin istifadəçilərindən daha vacib bioloji zülal strukturlarını həll edən və vacib kəşfləri ətraflı izah edən 2000-dən çox nəşr dərc edir. APS alimləri və mühəndisləri sürətləndiricilərin və işıq mənbələrinin işini yaxşılaşdırmaq üçün əsas olan innovativ texnologiyalar tətbiq edirlər. Buraya tədqiqatçılar tərəfindən yüksək qiymətləndirilən son dərəcə parlaq rentgen şüaları istehsal edən giriş cihazları, rentgen şüalarını bir neçə nanometrə qədər fokuslayan linzalar, rentgen şüalarının tədqiq olunan nümunə ilə qarşılıqlı təsirini maksimum dərəcədə artıran cihazlar və APS kəşflərinin toplanması və idarə olunması daxildir. Tədqiqat böyük həcmdə məlumat yaradır.
Bu tədqiqatda DE-AC02-06CH11357 müqavilə nömrəsi altında ABŞ Enerji Departamentinin Elm Ofisi üçün Argonne Milli Laboratoriyası tərəfindən idarə olunan ABŞ Enerji Departamentinin Elm Ofisi İstifadəçi Mərkəzi olan Advanced Photon Source-dan resurslar istifadə edilmişdir.
Argonne Milli Laboratoriyası yerli elm və texnologiyanın aktual problemlərini həll etməyə çalışır. ABŞ-da ilk milli laboratoriya olaraq, Argonne, demək olar ki, hər bir elmi sahədə qabaqcıl fundamental və tətbiqi tədqiqatlar aparır. Argonne tədqiqatçıları yüzlərlə şirkət, universitet və federal, ştat və bələdiyyə qurumlarından olan tədqiqatçılarla sıx əməkdaşlıq edərək onlara konkret problemləri həll etməyə, ABŞ-ın elmi liderliyini inkişaf etdirməyə və milləti daha yaxşı gələcəyə hazırlamağa kömək edirlər. Argonne 60-dan çox ölkədən işçi işə götürür və ABŞ Energetika Nazirliyinin Elm İdarəsinin UChicago Argonne, MMC tərəfindən idarə olunur.
ABŞ Energetika Nazirliyinin Elm İdarəsi, dövrümüzün ən aktual problemlərinin bəzilərini həll etmək üçün çalışan, fiziki elmlər sahəsində fundamental tədqiqatların ölkənin ən böyük tərəfdarıdır. Daha ətraflı məlumat üçün https://energy.gov/science saytına daxil olun.