Истражувачите од Националната лабораторија на американското Министерство за енергетика (DOE) Аргон имаат долга историја на пионерски откритија од областа на литиум-јонските батерии. Многу од овие резултати се за катодата на батеријата, наречена NMC, никел манган и кобалт оксид. Батеријата со оваа катода сега го овластува завртката Chevrolet.
Истражувачите на Аргон постигнале уште еден пробив во катодите на НМЦ. Новата структура на честички на честичките на тимот може да ја направи батеријата потрајна и побезбедна, способна да работи на многу високи напони и да обезбеди подолги опсези на патувања.
„Сега имаме насоки што производителите на батерии можат да ги користат за да направат материјали со висок притисок, без граници“, рече Калил Амин, Аргон колега Емиритус.
„Постојните катоди на НМЦ претставуваат голема пречка за работа со висок напон“, рече асистентот хемичар Гвилианг Ксу. Со велосипедизам за празнење, перформансите брзо се спуштаат како резултат на формирање на пукнатини во честичките на катодата. Со децении, истражувачите на батерии бараат начини за санирање на овие пукнатини.
Еден метод во минатото користеше ситни сферични честички составени од многу помали честички. Големите сферични честички се поликристални, со кристални домени на разни ориентации. Како резултат, тие го имаат она што научниците го нарекуваат граници на жито помеѓу честичките, што може да предизвика да се пробие батеријата за време на циклусот. За да се спречи ова, колегите на Ксу и Аргон претходно развија заштитна полимерна обвивка околу секоја честичка. Оваа обвивка опкружува големи сферични честички и помали честички во нив.
Друг начин да се избегне ваков вид пукање е да се користат единечни кристални честички. Електронска микроскопија на овие честички покажа дека немаат граници.
Проблемот за тимот беше во тоа што катодите направени од обложени поликристали и единечни кристали кои сè уште се испукани за време на велосипедизмот. Затоа, тие спроведоа широка анализа на овие катодни материјали во Напредниот извор на фотони (АПС) и Центарот за наноматеријали (ЦНМ) во Центарот за наука на Министерството за енергетика на САД.
Различни анализи на Х-зраци беа извршени на пет APS оружје (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C и 34-ID-E). Излегува дека она што научниците сметале дека е единствен кристал, како што е прикажано со електронска и рендгенска микроскопија, всушност имало граница внатре. Електронски микроскопија за скенирање и пренос на ЦНМ го потврди овој заклучок.
„Кога ја погледнавме површинската морфологија на овие честички, тие изгледаа како единечни кристали“, рече физичарот Венџун Лиу. 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 的 技术 和 其他 时 ， 我们 发现 边界 隐藏 在。“„Меѓутоа, кога користевме техника наречена микроскопија на дифракција на Х-зраци на Синхротрон и други техники на АПС, откривме дека границите се скриени внатре“.
Уште поважно, тимот разви метод за производство на единечни кристали без граници. Тестирањето на мали ќелии со оваа единечна кристална катода на многу високи напони покажа зголемување од 25% во складирањето на енергија по единица волумен со практично загуба во перформансите над 100 циклуси на тестирање. Спротивно на тоа, катодите на NMC составени од мулти-интерфејс единечни кристали или обложени поликристали покажаа пад на капацитетот од 60% до 88% во текот на истиот живот.
Пресметките на атомската скала го откриваат механизмот на намалување на капацитетот на катодата. Според Марија Чанг, нано -научник во ЦНМ, границите веројатно ќе ги изгубат атомите на кислород кога батеријата се наплатува отколку области подалеку од нив. Оваа загуба на кислород доведува до деградација на клеточниот циклус.
„Нашите пресметки покажуваат како границата може да доведе до ослободување на кислородот под голем притисок, што може да доведе до намалени перформанси“, рече Чан.
Елиминирањето на границата ја спречува еволуцијата на кислородот, а со тоа подобрување на безбедноста и цикличната стабилност на катодата. Мерењата на еволуцијата на кислородот со АПС и напреден извор на светлина во Националната лабораторија на Министерството за енергетика на Министерството за енергија, Лоренс Беркли, го потврдуваат овој заклучок.
„Сега имаме упатства што производителите на батерии можат да ги користат за да направат катодни материјали кои немаат граници и да работат под голем притисок“, рече Калил Амин, Аргон колега Емиритус. 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。“„Упатствата треба да се однесуваат на катодни материјали, освен NMC“.
Напис за оваа студија се појави во списанието „Природа енергија“. In addition to Xu, Amin, Liu and Chang, the Argonne authors are 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 Ду, и Зонгај Чен. Научници од Националната лабораторија Лоренс Беркли (Ванли Јанг, Кингтијан Ли и Зенгкинг uуо), Универзитетот Xiamen (fanинг-ingинг фан, Линг Хуанг и Ши-банг Сон) и Универзитетот Цинхуа (Донгшенг Рен, Ксининг Фенг и Мингао Оујанг).
За Центарот за наноматеријали Аргон, Центарот за наноматеријали, еден од петте центри за истражување на нанотехнологијата на Министерството за енергетика на САД, е врвна национална институција за корисници за интердисциплинарно истражување на нано -скала, поддржан од Канцеларијата за наука на Министерството за енергетика на САД. Заедно, NSRCs формираат пакет на комплементарни капацитети кои им овозможуваат на истражувачите најсовремени способности за измислување, обработка, карактеризирање и моделирање на материјали за нано-скала и претставуваат најголема инвестиција во инфраструктурата според Националната иницијатива за нанотехнологија. NSRC се наоѓа во Националните лаборатории на Министерството за енергетика на САД во Аргон, Брукхавен, Лоренс Беркли, Оук Риџ, Сандија и Лос Аламос. За повеќе информации во врска со NSRC Doe, посетете ја https: // Science .osti .gov/US er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l it ie s-на -a поглед.
Напредниот извор на фотони на Министерството за енергија на САД (АПС) во Националната лабораторија Аргон е еден од најпродуктивните извори на Х-зраци во светот. APS обезбедува Х-зраци со висок интензитет на разновидна истражувачка заедница во науката за материјали, хемија, физика на кондензирана материја, науки за живот и животна средина и применето истражување. Овие Х-зраци се идеални за проучување на материјали и биолошки структури, дистрибуција на елементи, хемиски, магнетни и електронски состојби и технички важни инженерски системи од сите видови, од батерии до млазници за инјектори на гориво, кои се од витално значење за нашата национална економија, технологија. и тело основа на здравјето. Секоја година, повеќе од 5.000 истражувачи користат APS за да објават повеќе од 2.000 публикации во детали за важни откритија и решавање на поважни структури на биолошки протеини од корисниците на кој било друг центар за истражување на Х-зраци. Научниците и инженерите на АПС имплементираат иновативни технологии кои се основа за подобрување на перформансите на забрзувачите и изворите на светлина. Ова вклучува влезни уреди кои произведуваат екстремно светли Х-зраци што ги ценат истражувачите, леќите кои ги фокусираат Х-зраците до неколку нанометри, инструменти кои го зголемуваат начинот на кој Х-зраците комуницираат со примерокот што се испитува, а собирањето и управувањето со истражувањето на откритијата на APS генерираат огромни количини на податоци.
Оваа студија искористи ресурси од Напредно Photon Source, Канцеларија за канцеларии на УСДЕНЦИЈА ЗА ЕНЕРГИЈА НА ЕНЕРГИЈА, управувана од Националната лабораторија за Аргон за Канцеларијата за наука на Министерството за енергетика на САД под договорниот број DE-AC02-06CH11357.
Националната лабораторија Аргон се стреми да ги реши проблемите со проблемите на домашната наука и технологија. Како прва национална лабораторија во Соединетите држави, Аргон спроведува врвни основни и применети истражувања во речиси секоја научна дисциплина. Истражувачите на Аргон тесно соработуваат со истражувачи од стотици компании, универзитети и федерални, државни и општински агенции за да им помогнат да решат специфични проблеми, да го унапредат американското научно лидерство и да ја подготват нацијата за подобра иднина. Аргон вработува вработени од над 60 земји и е управувана од Учикаго Аргон, ДОО од Канцеларијата за наука на Министерството за енергетика на САД.
Канцеларијата за наука на Министерството за енергетика на САД е најголемиот поборник за основни истражувања во нацијата во физичките науки, работејќи на решавање на некои од најитни проблеми од нашето време. За повеќе информации, посетете ја https: // енергија .gov/наука.