Istraživači na američkom Ministarstvu energetike (DOE) Argonne Nacionalna laboratorija imaju dugu istoriju pionirnih otkrića u polju litijum-jonskih baterija. Mnogi od ovih rezultata su za katodu baterije, zvane NMC, nikl mangan i kobaltni oksid. Baterija sa ovom katodom sada pokreće chevrolet vijak.
Argonne istraživači postigli su još jedan proboj u NMC katodama. Nova sila katodana struktura čestica mogla bi bateriju mogla učiniti izdržljivijom i sigurnijom, sposobnom da radi na vrlo visokim naponima i pružaju duži raspon putovanja.
"Sada imamo smernice da proizvođači baterije mogu koristiti za pravljenje visokotlačnog materijala bez obruba," Khalil Amin, argonne kolege emeritus.
"Postojeći NMC katode predstavljaju glavnu prepreku za visoko napon", rekao je pomoćnik hemičara Guiliang Xu. Uz biciklizam za pražnjenje punjenja, performanse se brzo spušta zbog stvaranja pukotina u katodnim česticama. Desetljećima su istraživači baterije tražili načine popravljanja tih pukotina.
Jedna metoda u prošlosti rabljene sitne sferne čestice sastavljene od mnogih manjih čestica. Velike sferne čestice su polikristalni, sa kristalnim domenima različitih orijentacija. Kao rezultat toga, oni imaju ono što naučnici nazivaju granice žita između čestica, koje mogu uzrokovati pucanje baterije tokom ciklusa. Da bi se to spriječilo, kolege Xu i Argonne ranije su razvili zaštitni polimer premaći oko svake čestice. Ovaj premaz okružuje velike sferne čestice i manje čestice unutar njih.
Drugi način da se izbjegne ovakva vrsta pucanja je upotreba pojedinačnih kristalnih čestica. Elektronska mikroskopija ovih čestica pokazala je da nemaju granice.
Problem za tim bio je da su katode napravljeni od obloženih polikristala i pojedinačnih kristala još uvijek puknuti tokom biciklizma. Stoga su sproveli opsežnu analizu ovih katodnih materijala na naprednom izvoru fotona (APS) i Centru za nanomaterijale (CNM) na američkom Ministarstvu sredstva Argonne Science Center.
Razne rendgenske analize izvedene su na pet APS ruke (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C i 34-ID-E). Ispada da su znanstvenici mislili da je jedan kristal, kao što je prikazano elektronom i rendgenskim mikroskopijom, u stvari je imao granicu unutra. Skeniranje i prijenos elektronske mikroskopije CNMS-a potvrdili su ovaj zaključak.
"Kad smo pogledali površinsku morfologiju ovih čestica, izgledali su poput pojedinačnih kristala", rekao je fizičar 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 其他 时, 我们 发现 边界 隐藏 在.""Međutim, kada smo koristili tehniku ​​pod nazivom Mikroskopijom X-zraka za sinhrotron i druge tehnike na APS-u, otkrili smo da su granice sakrivene iznutra."
Važno je da je tim razvio metodu za proizvodnju pojedinačnih kristala bez granica. Ispitivanje malih ćelija s ovom jednokristalnom katodom na vrlo visokim naponima pokazalo je 25% povećanje skladištenja energije po jedinici zapremine sa gotovo nikakvim gubitkom u performansama preko 100 ciklusa ispitivanja. Suprotno tome, NMC katode sastavljene od više sučelja pojedinačnih kristala ili obloženih polikristala pokazali su pad kapaciteta od 60% na 88% u istom životu.
Proračuni atomskog skale otkrivaju mehanizam smanjenja katodnih kapaciteta. Prema Maria Chang, nanoznančaniku na CNM-u, granice su vjerovatnije da će izgubiti atome kisika kada se baterija napuni od područja dalje od njih. Ovaj gubitak kisika dovodi do degradacije ciklusa ćelije.
"Naši proračuni pokazuju kako granica može dovesti do oslobođenja kisika u visokom pritisku, što može dovesti do smanjenih performansi", rekao je Chan.
Eliminiranje granice sprječava evoluciju kisika, čime poboljšava sigurnosnu i cikličku stabilnost katode. Mjerenja evolucije kisika sa APS i naprednim izvorom svjetlosti na američkom Ministarstvu energetike Lawrence Berkeley Nacionalna laboratorija potvrđuje ovaj zaključak.
"Sada imamo smjernice koje proizvođači baterije mogu koristiti za izradu katodnih materijala koji nemaju granice i ne rade pod visokim pritiskom", rekao je Khalil Amin, Argonne Cell 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.""Smjernice bi se trebale primjenjivati ​​na katodne materijale osim NMC-a."
Članak o ovoj studiji pojavio se u Energiji prirode časopisa. Pored Xu, Amin, Liu i Chang, Argonne Autorsi su Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Hwang, Chengjun Sun, Ming Du, Ming Du, Ming Du i Zonghai Chen. Naučnici iz Lawrence Berkeley Nacionalna laboratorija (Wanli Yang, Qingtian Li i Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan, Ling Huang i Shi-Gang Sun) i Univerzitet Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng i Mingao Ouyang).
O Argonnom centru za nanomaterijal Centar za nanomaterijale, jedan od pet američkih katedra za istraživanje istraživanja energetskih nanotehnologije, je premijer nacionalna korisnička institucija za interdisciplinarnu nanoznalno istraživanje koje podržava Američki Ministarstvo za nauku za nauku. Zajedno, NSRC formiraju suite komplementarnih objekata koji istraživačima pružaju vrhunske sposobnosti za izradu, obradu, karakterizaciju i modeliranje nanoznala materijala i predstavljaju najveću infrastrukturu u okviru nacionalne nanotehnološke inicijative. NSRC se nalazi na američkom Ministarstvu energetskih nacionalnih laboratorija u Argonnu, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia i Los Alamos. Za više informacija o NSRC DOE posjetite HTTPS: // nauka .osti .gov / američki er - f a c i svijetli IE s / američki er - f a c i l IP IE IE.
Američki odjel za napredni izvor fotona (APS) u Argonne Nacionalnoj laboratoriji jedan je od najproduktivnijih rendgenskih izvora na svijetu. APS pruža rendgen visokih intenziteta u raznovrsnu istraživačku zajednicu u nauci o materijalima, hemiji, sažetom materijom, životne i ekološke nauke i primijenjena istraživanja. Ovi rendgenski zraci su idealni za proučavanje materijala i bioloških struktura, distribuciju elemenata, hemijskih, magnetskih i elektroničkih država i tehnički važnih inženjerskih sustava svih vrsta, od baterija za mlaznice za ubrizgavanje goriva, koji su od vitalnog značaja za našu nacionalnu ekonomiju, tehnologiju. i tijelo osnova zdravlja. Svake godine više od 5000 istraživača koristi APS da objavi više od 2.000 publikacija u detaljima važnim otkrićima i rješavanje važnije biološke proteinske strukture od korisnika bilo kojeg drugog rentgerije istraživanja. APS naučnici i inženjeri provode inovativne tehnologije koje su osnova za poboljšanje performansi akceleratora i izvora svjetlosti. Ovo uključuje ulazne uređaje koji proizvode izuzetno svijetle rendgenske zrake koji su istraživači, leće koji fokusiraju rendgenske zrake do nekoliko nanometara, instrumenata koji maksimiziraju načine rendgenskih zraka, a prikupljanje i upravljanje AP-ima otkrivene istraživanje generira ogromne količine podataka.
Ova studija je koristila resurse iz naprednog izvora fotona, američko Ministarstvo za energetiku uredskog centra za ured za korisničko središte Argonne za američko Ministarstvo za energetiku nauke pod ugovorom DE-AC02-06CH11357.
Nacionalna laboratorija Argonne nastoji riješiti probleme sa pritiskom na domaću nauku i tehnologiju. Kao prva nacionalna laboratorija u Sjedinjenim Državama, Argonne vrši vrhunsko osnovno i primijenjeno istraživanje u gotovo svakoj naučnoj disciplini. Argonne istraživači usko surađuju sa istraživačima iz stotina kompanija, univerziteti i saveznim, državnim i opštinskim agencijama kako bi im pomogle u rješavanju specifičnih problema, unaprijediti američko naučno liderstvo i pripremiti naciju za bolju budućnost. Argonne zapošljava zaposlenike iz više od 60 zemalja, a upravlja ga Uchicago Argonne, LLC Ministarstva američkog Ministarstva financija za nauku.
Ured za nauku američkog Ministarstva energetike je najveći nacionalni zagovornik osnovnih istraživanja u fizičkim znanostima, radeći na rješavanju nekih najzgodnijih pitanja našeg vremena. Za više informacija posjetite HTTPS: // Energy .gov / nauka.