अमेरिकी ऊर्जा विभाग (DOE) को अर्गोन राष्ट्रिय प्रयोगशालाका अन्वेषकहरूले लिथियम-आयन ब्याट्रीको क्षेत्रमा अग्रगामी खोजहरूको लामो इतिहास छ। यी मध्ये धेरै परिणामहरू ब्याट्री क्याथोडका लागि हुन्, जसलाई NMC, निकल म्यांगनीज र कोबाल्ट अक्साइड भनिन्छ। यो क्याथोड भएको ब्याट्रीले अब शेभरलेट बोल्टलाई शक्ति दिन्छ।
Argonne अनुसन्धानकर्ताहरूले NMC क्याथोडहरूमा अर्को सफलता हासिल गरेका छन्। टोलीको नयाँ सानो क्याथोड कण संरचनाले ब्याट्रीलाई धेरै टिकाउ र सुरक्षित बनाउन सक्छ, धेरै उच्च भोल्टेजहरूमा सञ्चालन गर्न र लामो यात्रा दायराहरू प्रदान गर्न सक्षम हुन सक्छ।
"हामीसँग अब ब्याट्री निर्माताहरूले उच्च-दबाव, सीमाविहीन क्याथोड सामग्रीहरू बनाउन प्रयोग गर्न सक्ने निर्देशन छ," खलील अमीन, अर्गोन फेलो इमेरेटस।
"अवस्थित NMC क्याथोडहरूले उच्च भोल्टेजको कामको लागि ठूलो बाधा प्रस्तुत गर्दछ," सहायक रसायनज्ञ गुइलियाङ सुले भने। चार्ज-डिस्चार्ज साइकल चलाउँदा, क्याथोड कणहरूमा दरारहरूको गठनको कारण कार्यसम्पादन द्रुत रूपमा घट्छ। दशकौंदेखि, ब्याट्री अनुसन्धानकर्ताहरूले यी दरारहरू मर्मत गर्ने तरिकाहरू खोजिरहेका छन्।
विगतमा एउटा विधिले धेरै धेरै साना कणहरू मिलेर बनेको सानो गोलाकार कणहरू प्रयोग गर्‍यो। ठूला गोलाकार कणहरू विभिन्न अभिमुखीकरणहरूको क्रिस्टलीय डोमेनहरू सहित, पोलीक्रिस्टलाइन हुन्छन्। नतिजाको रूपमा, तिनीहरूसँग वैज्ञानिकहरूले कणहरू बीचको अनाज सीमाहरू भन्ने कुराहरू छन्, जसले चक्रको समयमा ब्याट्री फुट्न सक्छ। यसलाई रोक्नको लागि, Xu र Argonne का सहकर्मीहरूले पहिले प्रत्येक कण वरिपरि सुरक्षात्मक बहुलक कोटिंग विकास गरेका थिए। यो कोटिंग ठूला गोलाकार कणहरू र तिनीहरू भित्र साना कणहरू घेरिएको छ।
यस प्रकारको क्र्याकिंगबाट बच्नको लागि अर्को तरिका एकल क्रिस्टल कणहरू प्रयोग गर्नु हो। यी कणहरूको इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपीले देखाएको छ कि तिनीहरूको कुनै सीमा छैन।
टोलीका लागि समस्या यो थियो कि कोटेड पोलिक्रिस्टल र एकल क्रिस्टलबाट बनेका क्याथोडहरू अझै साइकल चलाउँदा क्र्याक हुन्छन्। तसर्थ, तिनीहरूले यी क्याथोड सामग्रीहरूको उन्नत फोटोन स्रोत (एपीएस) र नानोमटेरियल्स (सीएनएम) को लागि अमेरिकी ऊर्जा विभागको अर्गोन विज्ञान केन्द्रमा व्यापक विश्लेषण गरे।
विभिन्न एक्स-रे विश्लेषणहरू पाँच एपीएस हातहरू (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C र 34-ID-E) मा प्रदर्शन गरियो। इलेक्ट्रोन र एक्स-रे माइक्रोस्कोपीले देखाइदिए जस्तै वैज्ञानिकहरूले एकल क्रिस्टल हो भनी सोचेका छन्, वास्तवमा भित्रको सीमा थियो। CNMs को स्क्यानिङ र ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपीले यो निष्कर्ष पुष्टि गर्यो।
"जब हामीले यी कणहरूको सतह आकारविज्ञानलाई हेर्यौं, तिनीहरू एकल क्रिस्टलजस्ता देखिन्थे," भौतिकशास्त्री वेन्जुन लिउले भने। 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们，当我们在界隐藏在内部।" â� <“但是, 当 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的技术 和和 当术和和边界 隐藏 在।”"यद्यपि, जब हामीले एपीएसमा सिन्क्रोट्रोन एक्स-रे विवर्तन माइक्रोस्कोपी र अन्य प्रविधिहरू नामक प्रविधि प्रयोग गर्‍यौं, हामीले सीमाहरू भित्र लुकेको फेला पार्यौं।"
महत्त्वपूर्ण रूपमा, टोलीले सीमाहरू बिना एकल क्रिस्टलहरू उत्पादन गर्ने विधि विकास गरेको छ। धेरै उच्च भोल्टेजहरूमा यो एकल-क्रिस्टल क्याथोडको साथ साना कोशिकाहरू परीक्षण गर्दा 100 परीक्षण चक्रहरूमा कार्यसम्पादनमा लगभग कुनै हानि नभएको प्रति एकाइ भोल्युममा ऊर्जा भण्डारणमा 25% वृद्धि देखियो। यसको विपरित, बहु-इन्टरफेस एकल क्रिस्टल वा लेपित पोलिक्रिस्टलहरू मिलेर बनेको NMC क्याथोडहरूले समान जीवनकालमा 60% देखि 88% सम्मको क्षमता घटेको देखाएको छ।
आणविक मापन गणनाले क्याथोड क्यापेसिटन्स घटाउने संयन्त्रलाई प्रकट गर्दछ। सीएनएमका नानोसाइन्टिस्ट मारिया चाङका अनुसार ब्याट्री चार्ज गर्दा अक्सिजन एटमहरू गुमाउने सम्भावना बढी हुन्छ। यो अक्सिजन को हानि कोशिका चक्र को गिरावट निम्त्याउँछ।
"हाम्रो गणनाले देखाउँछ कि कसरी सीमाले उच्च दबावमा अक्सिजन छोड्न सक्छ, जसले कार्यसम्पादनलाई कम गर्न सक्छ," चानले भने।
सीमा हटाउँदा अक्सिजनको विकासलाई रोक्छ, जसले गर्दा क्याथोडको सुरक्षा र चक्रीय स्थिरतामा सुधार हुन्छ। अमेरिकी ऊर्जा विभागको लरेन्स बर्कले राष्ट्रिय प्रयोगशालामा एपीएस र एक उन्नत प्रकाश स्रोतको साथ अक्सिजन विकास मापनले यो निष्कर्ष पुष्टि गर्दछ।
"अब हामीसँग दिशानिर्देशहरू छन् जुन ब्याट्री निर्माताहरूले क्याथोड सामग्रीहरू बनाउन प्रयोग गर्न सक्छन् जसको कुनै सीमा छैन र उच्च दबावमा काम गर्दछ," खलील अमीन, अर्गोन फेलो इमेरेटसले भने। 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.”"निर्देशनहरू NMC बाहेक अन्य क्याथोड सामग्रीहरूमा लागू हुनुपर्छ।"
यस अध्ययनको बारेमा एउटा लेख नेचर एनर्जी जर्नलमा प्रकाशित भयो। Xu, Amin, Liu र Chang बाहेक, Argonne लेखकहरू Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, चेंगजुन सन, ताओ झोउ, मिङ डु र जोङहाई चेन। लरेन्स बर्कले राष्ट्रिय प्रयोगशाला (वानली याङ, क्विङ्टियन ली, र जेङकिङ झुओ), सियामेन विश्वविद्यालय (जिङ-जिङ फ्यान, लिंग ह्वाङ र शि-ग्याङ सन) र सिङ्घुआ विश्वविद्यालय (डोङसेङ रेन, जुनिङ फेङ र मिङगाओ ओउयाङ)का वैज्ञानिकहरू।
नानोमटेरियल्सका लागि अर्गोन सेन्टरको बारेमा, नानोमटेरियल्सको लागि केन्द्र, अमेरिकाको ऊर्जा नानो टेक्नोलोजी अनुसन्धान केन्द्रहरू मध्ये एक, अमेरिकी ऊर्जा विभागको विज्ञान कार्यालयद्वारा समर्थित अन्तरविषय नानोस्केल अनुसन्धानको लागि प्रमुख राष्ट्रिय प्रयोगकर्ता संस्था हो। सँगै, NSRCs ले पूरक सुविधाहरूको एक सूट बनाउँछ जसले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई नानोस्केल सामग्रीहरू निर्माण, प्रशोधन, विशेषता र मोडेलिङको लागि अत्याधुनिक क्षमताहरू प्रदान गर्दछ र राष्ट्रिय नानो टेक्नोलोजी इनिसिएटिभ अन्तर्गत सबैभन्दा ठूलो पूर्वाधार लगानी प्रतिनिधित्व गर्दछ। एनएसआरसी अर्गोन, ब्रुकहाभेन, लरेन्स बर्कले, ओक रिज, स्यान्डिया र लस अलामोसको अमेरिकी ऊर्जा राष्ट्रिय प्रयोगशाला विभागमा अवस्थित छ। NSRC DOE को बारेमा थप जानकारीको लागि, https://​science​.osti​.gov/Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​ie​s​/ Us मा जानुहोस् er-a-t-c-i-l-it-ie-s-at--a-nlance।
अर्गोन राष्ट्रिय प्रयोगशालामा रहेको अमेरिकी ऊर्जा विभागको उन्नत फोटोन स्रोत (एपीएस) विश्वको सबैभन्दा उत्पादक एक्स-रे स्रोतहरू मध्ये एक हो। APS ले सामग्री विज्ञान, रसायन विज्ञान, कन्डेन्स्ड पदार्थ भौतिकी, जीवन र पर्यावरण विज्ञान, र लागू अनुसन्धानमा विविध अनुसन्धान समुदायलाई उच्च-तीव्रता एक्स-रेहरू प्रदान गर्दछ। यी एक्स-रेहरू सामग्री र जैविक संरचनाहरू, तत्वहरूको वितरण, रासायनिक, चुम्बकीय र इलेक्ट्रोनिक अवस्थाहरू, र सबै प्रकारका प्राविधिक रूपमा महत्त्वपूर्ण इन्जिनियरिङ प्रणालीहरू, ब्याट्रीदेखि इन्धन इन्जेक्टर नोजलहरू, जुन हाम्रो राष्ट्रिय अर्थतन्त्र, प्रविधिका लागि महत्त्वपूर्ण छन्, अध्ययन गर्नका लागि उपयुक्त छन्। । र शरीर स्वास्थ्यको आधार हो। प्रत्येक वर्ष, 5,000 भन्दा बढी अनुसन्धानकर्ताहरूले 2,000 भन्दा बढी प्रकाशनहरू प्रकाशित गर्न महत्त्वपूर्ण खोजहरू र अन्य कुनै पनि एक्स-रे अनुसन्धान केन्द्रका प्रयोगकर्ताहरू भन्दा बढी महत्त्वपूर्ण जैविक प्रोटीन संरचनाहरू समाधान गर्न प्रकाशित गर्न प्रयोग गर्छन्। APS वैज्ञानिकहरू र इन्जिनियरहरूले नवीन प्रविधिहरू लागू गर्दैछन् जुन गतिवर्धक र प्रकाश स्रोतहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्ने आधार हो। यसमा अन्वेषकहरूद्वारा मुल्यवान अत्यन्त उज्यालो एक्स-रेहरू उत्पादन गर्ने इनपुट उपकरणहरू, एक्स-रेहरूलाई केही न्यानोमिटरसम्म फोकस गर्ने लेन्सहरू, अध्ययन अन्तर्गत नमूनासँग एक्स-रेहरूले अन्तरक्रिया गर्ने तरिकालाई अधिकतम बनाउने उपकरणहरू, र APS आविष्कारहरूको सङ्कलन र व्यवस्थापन समावेश गर्दछ। अनुसन्धानले ठूलो डाटा भोल्युम उत्पन्न गर्दछ।
यस अध्ययनले एडभान्स्ड फोटोन स्रोतबाट स्रोतहरू प्रयोग गर्‍यो, अमेरिकी ऊर्जा विभागको विज्ञान प्रयोगकर्ता केन्द्रको ऊर्जा विभागले संयुक्त राज्य अमेरिकाको ऊर्जा कार्यालय विज्ञान कार्यालयको लागि अर्गोन राष्ट्रिय प्रयोगशालाद्वारा सञ्चालित अनुबंध नम्बर DE-AC02-06CH11357 अन्तर्गत।
Argonne राष्ट्रिय प्रयोगशालाले घरेलु विज्ञान र प्रविधिको दबाब समस्याहरू समाधान गर्न प्रयास गर्दछ। संयुक्त राज्य अमेरिकाको पहिलो राष्ट्रिय प्रयोगशालाको रूपमा, Argonne ले लगभग हरेक वैज्ञानिक अनुशासनमा अत्याधुनिक आधारभूत र लागू अनुसन्धान सञ्चालन गर्दछ। अर्गोन शोधकर्ताहरूले सयौं कम्पनीहरू, विश्वविद्यालयहरू, र संघीय, राज्य र नगरपालिका एजेन्सीहरूका अनुसन्धानकर्ताहरूसँग मिलेर काम गर्छन् उनीहरूलाई विशेष समस्याहरू समाधान गर्न, अमेरिकी वैज्ञानिक नेतृत्वलाई अगाडि बढाउन र राष्ट्रलाई राम्रो भविष्यको लागि तयार गर्न मद्दत गर्न। Argonne ले 60 भन्दा बढी देशहरूका कर्मचारीहरूलाई रोजगार दिन्छ र UChicago Argonne, LLC द्वारा संचालित छ अमेरिकी ऊर्जा विभागको विज्ञान कार्यालय।
अमेरिकाको ऊर्जा विभागको विज्ञान कार्यालय भौतिक विज्ञानमा आधारभूत अनुसन्धानको राष्ट्रको सबैभन्दा ठूलो समर्थक हो, जुन हाम्रो समयका केही महत्त्वपूर्ण मुद्दाहरूलाई सम्बोधन गर्न काम गर्दछ। थप जानकारीको लागि, https://​energy​.gov/​science​ience मा जानुहोस्।