Нацыянальная лабараторыя Аргона (DOE) у Нацыянальнай лабараторыі Аргона мае доўгую гісторыю піянерскіх адкрыццяў у галіне літый-іённых батарэй. Многія з гэтых вынікаў прызначаны для катода батарэі, званы NMC, нікель -марганец і аксід кобальту. Акумулятар з гэтым катодам зараз сілае Chevrolet Bolt.
Даследчыкі Argonne дасягнулі чарговага прарыву ў катодах NMC. Новая малюсенькая структура часціц катода ў камандзе можа зрабіць акумулятар больш трывалым і бяспечным, здольным працаваць пры вельмі высокіх напружаннях і забяспечваць больш працяглыя дыяпазоны падарожжаў.
"Цяпер у нас ёсць рэкамендацыі, якія вытворцы батарэі могуць выкарыстоўваць для вырабу высокага ціску, без памежных катодных матэрыялаў", Халіл Амін, калега Argonne Emeritus.
"Існуючыя катоды NMC ўяўляюць галоўнае перашкода для працы з высокім напружаннем", - сказаў памочнік хіміка Гіліян Сю. Пры зарадцы з размовай, прадукцыйнасць хутка падае з-за адукацыі расколін у часціцах катода. На працягу дзесяцігоддзяў даследчыкі батарэі шукаюць спосабы адрамантаваць гэтыя расколіны.
Адзін з метадаў у мінулым выкарыстоўвалі малюсенькія сферычныя часціцы, якія складаюцца з значна меншых часціц. Вялікія сферычныя часціцы з'яўляюцца полікрышталічнымі, з крышталічнымі даменамі розных арыентацый. У выніку ў іх ёсць тое, што навукоўцы называюць межы збожжа паміж часціцамі, што можа прывесці да ўзлому батарэі падчас цыкла. Каб прадухіліць гэта, калегі Сю і Аргоны раней распрацавалі ахоўнае палімернае пакрыццё вакол кожнай часціцы. Гэта пакрыццё акружае вялікія сферычныя часціцы і меншыя часціцы ў іх.
Яшчэ адзін спосаб пазбегнуць такога роду парэпання - гэта выкарыстанне манакрыштальных часціц. Электронная мікраскапія гэтых часціц паказала, што ў іх няма межаў.
Праблема для каманды заключалася ў тым, што катоды, вырабленыя з пакрыцця полікрышталяў і манакрышталяў, па -ранейшаму ўзламаліся падчас веласіпеднага. Такім чынам, яны правялі шырокі аналіз гэтых катодных матэрыялаў у перадавой крыніцы фатонаў (APS) і Цэнтры нанаматэрыялаў (CNM) у навуковым цэнтры Агоны ЗША.
Былі праведзены розныя рэнтгенаўскія аналізы на пяці APS ARM (11-м-м, 20-м-м, 2-D-D, 11-ID-C і 34-I-E). Аказваецца, тое, што думалі навукоўцы,-гэта толькі крышталь, як паказана электроннай і рэнтгенаўскай мікраскапіяй, на самай справе мела мяжу ўнутры. Сканіраванне і перадача электроннай мікраскапіі CNMS пацвердзіла гэтую выснову.
"Калі мы паглядзелі на павярхоўную марфалогію гэтых часціц, яны выглядалі як манакрышталі", - сказаў фізік Веньжун Лю. 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。" ""Аднак, калі мы выкарыстоўвалі методыку пад назвай сінхротрона рэнтгенаўскай дыфракцыйнай мікраскапіі і іншых метадаў у APS, мы выявілі, што межы былі схаваны ўнутры".
Важна адзначыць, што каманда распрацавала метад вытворчасці манакрышталяў без межаў. Тэставанне невялікіх клетак з дапамогай гэтага крыштальнага катода пры вельмі высокіх напружаннях паказала на 25% павелічэнне захоўвання энергіі на адзінку, пры гэтым практычна няма страт прадукцыйнасці больш за 100 тэставых цыклаў. У адрозненне ад гэтага, катоды NMC, якія складаюцца з мульты-інтэрфейсных манакрышталяў або з пакрыццём полікрышталяў, паказалі падзенне магутнасці на 60% да 88% за адно і тое ж жыццё.
Разлікі атамнай шкалы паказваюць механізм зніжэння ёмістасці катода. Па словах Марыі Чанг, наналагічнага набору ў CNM, межы, хутчэй за ўсё, страцяць атамы кіслароду, калі акумулятар зараджаецца, чым участкі далей ад іх. Гэтая страта кіслароду прыводзіць да дэградацыі клеткавага цыклу.
"Нашы разлікі паказваюць, як мяжа можа прывесці да вызвалення кіслароду пры высокім ціску, што можа прывесці да зніжэння прадукцыйнасці", - сказаў Чан.
Выключэнне мяжы прадухіляе эвалюцыю кіслароду, тым самым павышаючы бяспеку і цыклічную стабільнасць катода. Вымярэнні эвалюцыі кіслароду з АП і прасунутай крыніцай святла ў Нацыянальнай лабараторыі Міністэрства энергетыкі ЗША Лоўрэнс Берклі пацвярджаюць гэтую выснову.
"Цяпер у нас ёсць рэкамендацыі, якія вытворцы батарэі могуць выкарыстоўваць для стварэння катодных матэрыялаў, якія не маюць межаў і працуюць пад высокім ціскам", - сказаў Халіл Амін, калега Аргона. 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。""Кіраўнічыя прынцыпы павінны прымяняцца да катодных матэрыялаў, акрамя NMC".
Артыкул пра гэта даследаванне з'явілася ў часопісе Nature Energy. 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, і Занхай Чэнь. Навукоўцы з Нацыянальнай лабараторыі Лоўрэнса Берклі (Ванлі Ян, Цынгціян Лі і Зенгвін Чжуо), Універсітэт Сямэна (Фанат Цзін-Джын, Лінг Хуан і Шы-Ганг Сун) і Універсітэт Цынгхуа (Dongsheng Ren, Xuning Feng і Mingao ouyang).
Пра Цэнтр нанаматэрыялаў Аргона Цэнтр нанаматэрыялаў, адзін з пяці даследчых цэнтраў ЗША па энергетычных нанатэхналогій ЗША, з'яўляецца галоўнай нацыянальнай установай для міждысцыплінарных даследаванняў нанамаштабу пры падтрымцы Упраўлення навукі Міністэрства энергетыкі ЗША. Разам NSRC ўтвараюць набор дадатковых аб'ектаў, якія забяспечваюць даследчыкам сучасныя магчымасці для вырабу, апрацоўкі, характарыстыкі і мадэлявання нанамаштабных матэрыялаў і ўяўляюць сабой найбуйнейшыя інфраструктуры ў рамках Нацыянальнай ініцыятывы нанатэхналогіі. NSRC размешчаны ў Нацыянальным лабараторыі Міністэрства энергетыкі ЗША ў Аргоне, Брукхейвене, Лоўрэнс Берклі, Оўк -Рыдж, Сандзіі і Лос -Аламос. Для атрымання дадатковай інфармацыі пра DRC DOE, наведайце https: // science .osti .gov/us er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l it ie ie s-пры -і погляд.
Пашыраная крыніца фатона (APS) Міністэрства энергетыкі ЗША ў нацыянальнай лабараторыі Аргона з'яўляецца адной з самых прадуктыўных рэнтгенаўскіх крыніц у свеце. APS забяспечвае рэнтгенаўскія прамяні з высокай інтэнсіўнасцю для разнастайнай даследчай супольнасці ў галіне матэрыялазнаўства, хіміі, фізікі скарочанай матэрыі, навук пра жыццё і экалагічных навук, а таксама прыкладных даследаванняў. Гэтыя рэнтгенаўскія прамяні ідэальна падыходзяць для вывучэння матэрыялаў і біялагічных структур, размеркавання элементаў, хімічных, магнітных і электронных станаў, а таксама тэхнічна важных інжынерных сістэм усіх відаў: ад батарэй да паліва інжэктара, якія маюць жыццёва важнае значэнне для нашай нацыянальнай эканомікі, тэхналогіі. і цела аснова здароўя. Кожны год больш за 5000 даследчыкаў выкарыстоўваюць АП для публікацыі больш за 2000 публікацый, у якіх падрабязна распавядаецца пра важныя адкрыцці і вырашэнне больш важных біялагічных бялковых структур, чым карыстальнікі любога іншага рэнтгенаўскага даследчага цэнтра. Навукоўцы АПС і інжынеры рэалізуюць інавацыйныя тэхналогіі, якія з'яўляюцца асновай для павышэння прадукцыйнасці паскаральнікаў і крыніц святла. Гэта ўключае ў сябе прылады ўводу, якія вырабляюць надзвычай яркія рэнтгенаўскія прамяні, закаркаваныя даследчыкамі, лінзы, якія засяроджваюцца на рэнтгенаўскіх прамянях да некалькіх нанаметраў, інструменты, якія максімальна павялічваюць спосаб узаемадзеяння рэнтгенаўскіх прамянёў з вывучаным узорам, а збор і кіраванне даследаваннямі адкрыццяў APS ствараюць велізарныя аб'ёмы дадзеных.
У гэтым даследаванні было выкарыстана рэсурсы ад Advanced Photon Source, Міністэрства энергетыкі ЗША па навуковым цэнтры, які кіруецца Нацыянальнай лабараторыяй Аргоны ў Міністэрстве навукі па энергетыцы ЗША ў адпаведнасці з нумарам кантракту DE-AC02-06CH11357.
Нацыянальная лабараторыя Аргона імкнецца вырашыць надзённыя праблемы ўнутранай навукі і тэхналогій. Як першая нацыянальная лабараторыя ў ЗША, Аргона праводзіць перадавыя асноўныя і прыкладныя даследаванні практычна ў кожнай навуковай дысцыпліне. Даследчыкі Argonne цесна супрацоўнічаюць з даследчыкамі з сотняў кампаній, універсітэтаў і федэральных, дзяржаўных і муніцыпальных агенцтваў, якія дапамагаюць ім вырашыць канкрэтныя праблемы, прасоўваць навуковае кіраўніцтва ЗША і падрыхтаваць нацыю да лепшай будучыні. Аргона працуе з супрацоўнікамі з больш чым 60 краін і кіруецца Учыкаго -Аргонам, ТАА Упраўлення па навуцы Міністэрства энергетыкі ЗША.
Упраўленне па навуцы Міністэрства энергетыкі ЗША з'яўляецца найбуйнейшым прыхільнікам асноўных даследаванняў у галіне фізічных навук, які працуе над вырашэннем некаторых найбольш надзённых пытанняў сучаснасці. Для атрымання дадатковай інфармацыі наведайце https: // energy .gov/science ience.