ABŞ Enerji Departamentinin (DOE) Arqon Milli Laboratoriyasının tədqiqatçıları litium-ion batareyaları sahəsində qabaqcıl kəşflərin uzun tarixinə malikdirlər. Bu nəticələrin çoxu NMC, nikel manqan və kobalt oksidi adlanan batareya katoduna aiddir. Bu katodlu batareya indi Chevrolet Bolt-u gücləndirir.
Arqon tədqiqatçıları NMC katodlarında daha bir irəliləyiş əldə etdilər. Komandanın yeni kiçik katod hissəcik quruluşu batareyanı daha davamlı və təhlükəsiz edə, çox yüksək gərginliklərdə işləyə və daha uzun səyahət diapazonu təmin edə bilər.
“Artıq akkumulyator istehsalçılarının yüksək təzyiqli, sərhədsiz katod materialları hazırlamaq üçün istifadə edə biləcəkləri təlimatımız var” Xəlil Amin, Argonne Fəxri Fellow.
Kimyaçı köməkçisi Guiliang Xu, "Mövcud NMC katodları yüksək gərginlikli iş üçün böyük bir maneə yaradır" dedi. Şarj-boşaltma dövrü ilə, katod hissəciklərində çatların meydana gəlməsi səbəbindən performans sürətlə aşağı düşür. Onilliklər ərzində akkumulyator tədqiqatçıları bu çatları düzəltməyin yollarını axtarırlar.
Keçmişdə bir üsul çox daha kiçik hissəciklərdən ibarət kiçik sferik hissəciklərdən istifadə edirdi. Böyük sferik hissəciklər polikristaldir, müxtəlif oriyentasiyalı kristal sahələrə malikdir. Nəticədə, onlar elm adamlarının dediyi kimi hissəciklər arasında taxıl sərhədlərinə malikdirlər ki, bu da bir dövr ərzində batareyanın çatlamasına səbəb ola bilər. Bunun qarşısını almaq üçün Xu və Argonne həmkarları əvvəllər hər bir hissəcik ətrafında qoruyucu polimer örtük hazırlamışdılar. Bu örtük böyük sferik hissəcikləri və onların içərisində daha kiçik hissəcikləri əhatə edir.
Bu cür çatlamanın qarşısını almağın başqa bir yolu tək kristal hissəciklərdən istifadə etməkdir. Bu hissəciklərin elektron mikroskopiyası göstərdi ki, onların sərhədləri yoxdur.
Komandanın problemi örtülmüş polikristallardan və monokristallardan hazırlanmış katodların velosiped sürmə zamanı hələ də çatlaması idi. Buna görə də, ABŞ Enerji Departamentinin Arqon Elm Mərkəzində Qabaqcıl Foton Mənbəsi (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 aparılmışdır. Belə çıxır ki, elm adamlarının elektron və rentgen mikroskopiyasının göstərdiyi kimi tək kristal olduğunu düşündükləri şeyin əslində daxilində bir sərhədi var idi. CNM-lərin skan edilməsi və ötürülməsi elektron mikroskopiyası bu qənaəti təsdiqlədi.
Fizik Wenjun Liu, "Bu hissəciklərin səth morfologiyasına baxdığımızda, onlar tək kristallara bənzəyirdi" dedi. 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微镜的技术微镜在术弗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 圶们 发现 边界 隐藏 在。”"Lakin biz APS-də sinxrotron rentgen difraksiya mikroskopiyası adlı texnikadan və digər üsullardan istifadə etdikdə sərhədlərin içəridə gizləndiyini gördük."
Əhəmiyyətli odur ki, komanda sərhədsiz monokristallar istehsal etmək üçün bir üsul inkişaf etdirdi. Çox yüksək gərginliklərdə bu monokristal katodla kiçik hüceyrələrin sınaqdan keçirilməsi, 100 sınaq dövründən çox performans itkisi olmadan vahid həcmdə enerji saxlamada 25% artım göstərdi. Əksinə, çox interfeysli tək kristallardan və ya örtülmüş polikristallardan ibarət NMC katodları eyni ömür ərzində 60%-dən 88%-ə qədər tutum azalması göstərdi.
Atom miqyasının hesablamaları katod tutumunun azaldılması mexanizmini ortaya qoyur. CNM-də nano-alim Mariya Çanqın fikrincə, batareya doldurulduqda sərhədlərin oksigen atomlarını itirmə ehtimalı onlardan uzaq olan ərazilərə nisbətən daha yüksəkdir. Bu oksigen itkisi hüceyrə dövrünün deqradasiyasına gətirib çıxarır.
"Hesablamalarımız sərhədin yüksək təzyiqdə oksigenin necə sərbəst buraxılmasına səbəb ola biləcəyini göstərir ki, bu da performansın azalmasına səbəb ola bilər" dedi Çan.
Sərhədin aradan qaldırılması oksigen təkamülünün qarşısını alır, bununla da katodun təhlükəsizliyini və siklik sabitliyini artırır. ABŞ Enerji Departamentinin Lourens Berkli Milli Laboratoriyasında APS və qabaqcıl işıq mənbəyi ilə oksigen təkamülünün ölçülməsi bu qənaəti təsdiqləyir.
“İndi bizim akkumulyator istehsalçılarının heç bir sərhədi olmayan və yüksək təzyiqdə işləyən katod materialları hazırlamaq üçün istifadə edə biləcəkləri təlimatlarımız var” dedi Argonne Fellow Fellow Khalil 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。”"Təlimatlar NMC-dən başqa katod materiallarına tətbiq 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, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du və Zonghai 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.
Arqon Nanomateriallar Mərkəzi haqqında ABŞ Enerji Departamentinin beş nanotexnologiya tədqiqat mərkəzindən biri olan Nanomateriallar Mərkəzi ABŞ Enerji Departamentinin Elm Ofisi tərəfindən dəstəklənən fənlərarası nanoölçülü tədqiqatlar üçün əsas milli istifadəçi qurumdur. NSRC-lər birlikdə tədqiqatçılara nanoölçülü materialların istehsalı, emalı, xarakterizə edilməsi və modelləşdirilməsi üçün ən müasir imkanlarla təmin edən və Milli Nanotexnologiya Təşəbbüsü çərçivəsində ən böyük infrastruktur sərmayəsini təmsil edən tamamlayıcı qurğular dəstini təşkil edir. NSRC Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia və Los Alamosda ABŞ Enerji Departamentinin Milli Laboratoriyalarında yerləşir. NSRC DOE haqqında ətraflı məlumat üçün https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​ie​s​/​Us səhifəsinə daxil olun. er F a c i li ie ie​s​-at​-bir Baxış.
ABŞ Energetika Nazirliyinin Arqon Milli Laboratoriyasındakı Qabaqcıl Foton Mənbəsi (APS) dünyanın ən məhsuldar rentgen mənbələrindən biridir. APS materialşünaslıq, kimya, qatılaşdırılmış maddə fizikası, həyat və ətraf mühit elmləri və tətbiqi tədqiqatlarda müxtəlif tədqiqat cəmiyyətinə yüksək intensivlikli rentgen şüaları təqdim edir. Bu rentgen şüaları milli iqtisadiyyatımız, texnologiyamız üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən materialların və bioloji strukturların, elementlərin paylanmasının, kimyəvi, maqnit və elektron vəziyyətlərin, akkumulyatorlardan tutmuş yanacaq injektorlarına qədər bütün növ texniki əhəmiyyətli mühəndislik sistemlərinin öyrənilməsi üçün idealdır. . və bədən Sağlamlığın əsası. Hər il 5000-dən çox tədqiqatçı mühüm kəşfləri təfərrüatlandıran və hər hansı digər rentgen tədqiqat mərkəzinin istifadəçilərindən daha vacib bioloji protein strukturlarını həll edən 2000-dən çox nəşri dərc etmək üçün APS-dən istifadə edir. APS alimləri və mühəndisləri sürətləndiricilərin və işıq mənbələrinin işini yaxşılaşdırmaq üçün əsas olan innovativ texnologiyalar tətbiq edirlər. Buraya tədqiqatçılar tərəfindən qiymətləndirilən son dərəcə parlaq rentgen şüaları yaradan giriş cihazları, rentgen şüalarını bir neçə nanometrə qədər fokuslayan linzalar, rentgen şüalarının tədqiq olunan nümunə ilə qarşılıqlı təsirini maksimuma çatdıran alətlər və APS kəşflərinin toplanması və idarə edilməsi daxildir. Tədqiqat böyük məlumat həcmləri yaradır.
Bu tədqiqat DE-AC02-06CH11357 müqavilə nömrəsi ilə ABŞ Energetika Departamentinin Elmlər Bürosu üçün Arqon Milli Laboratoriyası tərəfindən idarə olunan ABŞ Enerji Departamentinin Elm İstifadəçi Mərkəzi olan Advanced Photon Source resurslarından istifadə edilmişdir.
Arqon Milli Laboratoriyası yerli elm və texnologiyanın aktual problemlərini həll etməyə çalışır. ABŞ-da ilk milli laboratoriya olaraq, Argonne praktiki olaraq bütün elmi fənlər üzrə qabaqcıl fundamental və tətbiqi tədqiqatlar aparır. Arqon tədqiqatçıları yüzlərlə şirkət, universitet və federal, əyalət və bələdiyyə qurumlarının tədqiqatçıları ilə sıx əməkdaşlıq edərək, onlara konkret problemlərin həllində, ABŞ-ın elmi liderliyini inkişaf etdirməkdə və milləti daha yaxşı gələcəyə hazırlamaqda köməklik göstərirlər. Arqonda 60-dan çox ölkədən işçi çalışır və ABŞ Enerji Departamentinin Elm Ofisinin UChicago Argonne MMC tərəfindən idarə olunur.
ABŞ Energetika Departamentinin Elmlər Bürosu zəmanəmizin ən aktual problemlərini həll etməyə çalışan, fizika elmləri üzrə əsas tədqiqatların ölkənin ən böyük tərəfdarıdır. Ətraflı məlumat üçün https://energy​.gov/science​ience saytına daxil olun.