ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki araştırmacılar, lityum iyon piller alanında uzun bir öncü keşif geçmişine sahiptir. Bu sonuçların çoğu NMC, nikel manganez ve kobalt oksit olarak adlandırılan pil katotu içindir. Bu katotlu bir pil artık Chevrolet Cıvatasına güç veriyor.
Argonne araştırmacıları NMC katotlarında başka bir atılım elde ettiler. Ekibin yeni küçük katot parçacık yapısı, pili daha dayanıklı ve daha güvenli hale getirebilir, çok yüksek voltajlarda çalışabilir ve daha uzun seyahat aralıkları sağlayabilir.
Argonne Emeritus, “Artık pil üreticilerinin yüksek basınçlı, sınırsız katot malzemeleri yapmak için kullanabileceği rehberliğimiz var”.
“Mevcut NMC katotları, yüksek voltaj çalışmaları için büyük bir engel sunuyor,” dedi yardımcı kimyager Guiliang Xu. Şarj deşarj döngüsü ile, katot parçacıklarında çatlak oluşumu nedeniyle performans hızla düşer. Pil araştırmacıları onlarca yıldır bu çatlakları onarmanın yollarını arıyorlar.
Geçmişte bir yöntem, çok daha küçük parçacıklardan oluşan küçük küresel parçacıklar kullandı. Büyük küresel parçacıklar, çeşitli yönelimlerde kristalin alanları olan polikristalindir. Sonuç olarak, bilim adamlarının parçacıklar arasında tahıl sınırları dediği şeyleri vardır, bu da bir döngü sırasında pilin çatlamasına neden olabilir. Bunu önlemek için, Xu ve Argonne meslektaşları daha önce her bir parçacık etrafında koruyucu bir polimer kaplama geliştirmişlerdi. Bu kaplama, büyük küresel parçacıkları ve içlerinde daha küçük parçacıkları çevreler.
Bu tür çatlamalardan kaçınmanın bir başka yolu da tek kristal parçacıklar kullanmaktır. Bu parçacıkların elektron mikroskopisi, sınırları olmadığını göstermiştir.
Ekip için sorun, kaplanmış polikristallerden ve tek kristallerden yapılan katotların bisiklet sırasında hala çatlamasıydı. Bu nedenle, ABD Enerji Bakanlığı Argonne Bilim Merkezi'nde bu katot malzemelerinin gelişmiş foton kaynağında (APS) ve Nanomalzemeler Merkezi'nde (CNM) kapsamlı bir analiz yaptılar.
Beş APS kolu (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ve 34-ID-E) üzerinde çeşitli X-ışını analizi yapıldı. Bilim adamlarının elektron ve X-ışını mikroskopisi ile gösterildiği gibi tek bir kristal olduğunu düşündüğü ortaya çıkıyor, aslında içinde bir sınır vardı. CNM'lerin tarama ve iletim elektron mikroskopisi bu sonucu doğruladı.
Fizikçi Wenjun Liu, “Bu parçacıkların yüzey morfolojisine baktığımızda tek kristallere benziyorlardı” 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 种 称为 加速器 加速器 加速器 射线 的 和 其他 时 ， 我们 发现 边界 隐藏 在。 时 时 时 其他 其他 同步 同步 同步 同步 同步 同步 同步 同步 其他 其他 其他 其他 其他“Bununla birlikte, Synchrotron X-ışını kırınım mikroskopisi ve APS'deki diğer teknikler adı verilen bir teknik kullandığımızda, sınırların içeride gizlendiğini gördük.”
Önemli olarak, ekip sınırsız tek kristaller üretmek için bir yöntem geliştirdi. Çok yüksek voltajlarda bu tek kristal katot ile küçük hücrelerin test edilmesi, birim hacim başına enerji depolama alanında% 25'lik bir artış gösterdi ve 100 test döngüsünün üzerinde performansta neredeyse hiç kayıp yoktu. Buna karşılık, çok aralıklı tek kristallerden veya kaplanmış polikristallerden oluşan NMC katotları, aynı ömür boyunca% 60 ila% 88 kapasite düşüşü gösterdi.
Atomik ölçek hesaplamaları katot kapasitans azaltma mekanizmasını ortaya çıkarır. CNM'de bir nanobilimci olan Maria Chang'a göre, pil şarj edildiğinde sınırların oksijen atomlarını kaybetme olasılığı daha yüksektir. Bu oksijen kaybı, hücre döngüsünün bozulmasına yol açar.
Chan, “Hesaplamalarımız, sınırın oksijenin yüksek basınçta salınmasına nasıl yol açabileceğini gösteriyor, bu da performansın azalmasına yol açabilir” dedi.
Sınırın ortadan kaldırılması oksijen evrimini önler, böylece katodun güvenliğini ve döngüsel stabilitesini iyileştirir. ABD Enerji Bakanlığı Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'nda APS ve gelişmiş bir ışık kaynağı ile oksijen evrim ölçümleri bu sonucu doğrulamaktadır.
Argonne Emeritus Khalil Amin, “Şimdi pil üreticilerinin sınırı olmayan ve yüksek basınçta çalışan katot malzemeleri yapmak için kullanabileceği yönergelerimiz var” dedi. 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。”“Kılavuzlar NMC dışındaki katot malzemeleri için geçerli olmalıdır.”
Bu çalışma hakkında bir makale Nature Energy dergisinde yayınlandı. Xu, Amin, Liu ve Chang'a ek olarak, Argonne yazarları Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Mor ve Junjing Deng, Morsu, Junjing Deng, Morsu, Mor ve Zonghai Chen. Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı (Wanli Yang, Qingtian Li ve Zengqing Zhuo), Xiamen Üniversitesi (Jing-Jing hayranı, Ling Huang ve Shi-Gang Sun) ve Tsinghua Üniversitesi'nden (Dongsheng Ren, Xuning feng ve Mingao Ouyang) bilim adamları.
Argonne Nanomalzemeler Merkezi Hakkında ABD Enerji Bakanlığı Nanoteknoloji Araştırma Merkezlerinden beş biri olan Nanomalzemeler Merkezi, ABD Enerji Bakanlığı Bilim Dairesi tarafından desteklenen disiplinlerarası nano ölçekli araştırmalar için önde gelen ulusal kullanıcı kurumudur. NSRC'ler birlikte, araştırmacılara nano ölçekli materyallerin üretimi, işlenmesi, karakterize edilmesi ve modellenmesi için en son teknoloji yetenekleri sağlayan ve Ulusal Nanoteknoloji Girişimi kapsamındaki en büyük altyapı yatırımını temsil eden bir dizi tamamlayıcı tesis oluşturur. NSRC, Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia ve Los Alamos'taki ABD Enerji Bakanlığı Ulusal Laboratuvarları'nda yer almaktadır. NSRC DOE hakkında daha fazla bilgi için https: // science .OSTI .gov/us er-f a c i aydınlatılmış yani s/us er-f a c i l I, yani-a at-bir bakış.
ABD Enerji Bakanlığı'nın Argonne Ulusal Laboratuvarı'ndaki Gelişmiş Foton Kaynağı (APS), dünyanın en üretken X-ışını kaynaklarından biridir. APS, malzeme bilimi, kimya, yoğun madde fiziği, yaşam ve çevre bilimleri ve uygulamalı araştırmalar alanında farklı bir araştırma topluluğuna yüksek yoğunluklu X-ışınları sağlar. Bu X-ışınları, materyallerin ve biyolojik yapıları incelemek, elementlerin dağılımı, kimyasal, manyetik ve elektronik durumlar ve pillerden ulusal ekonomimiz için hayati önem taşıyan yakıt enjektör nozullarına kadar her türlü teknik olarak önemli mühendislik sistemleri için idealdir. ve beden sağlığın temeli. Her yıl, 5.000'den fazla araştırmacı, önemli keşifleri detaylandıran ve diğer herhangi bir X-ışını araştırma merkezinin kullanıcılarından daha önemli biyolojik protein yapılarını çözen 2.000'den fazla yayın yayınlamak için AP'leri kullanıyor. APS bilim adamları ve mühendisleri, hızlandırıcıların ve ışık kaynaklarının performansını iyileştirmenin temeli olan yenilikçi teknolojiler uyguluyorlar. Bu, araştırmacılar tarafından ödüllendirilen son derece parlak röntgenler üreten giriş cihazlarını, X-ışınlarını birkaç nanometreye odaklayan lensler, X-ışınlarının incelenen örnekle etkileşim biçimini en üst düzeye çıkaran enstrümanları ve APS keşifleri araştırmasının toplanması ve yönetimi büyük veri hacimleri üretir.
Bu çalışmada, ABD Enerji Bakanlığı tarafından ABD Enerji Laboratuvarı tarafından ABD Enerji Bakanlığı tarafından işletilen bir ABD Enerji Bakanlığı Kullanıcı Merkezi'nin sözleşme numarası DE-AC02-06CH11357 kapsamında faaliyet gösterdiği gelişmiş Photon Source'dan kaynakları kullanmıştır.
Argonne Ulusal Laboratuvarı, iç bilim ve teknolojinin acil sorunlarını çözmeye çalışıyor. Amerika Birleşik Devletleri'ndeki ilk ulusal laboratuvar olan Argonne, neredeyse her bilimsel disiplinde en yeni temel ve uygulamalı araştırmalar yapmaktadır. Argonne araştırmacıları, belirli sorunları çözmelerine, ABD bilimsel liderliğini ilerletmelerine ve ülkeyi daha iyi bir gelecek için hazırlamalarına yardımcı olmak için yüzlerce şirket, üniversite ve federal, eyalet ve belediye ajansından araştırmacılarla yakın çalışırlar. Argonne, 60'tan fazla ülkeden çalışanları istihdam etmektedir ve ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi'nden Uchicago Argonne, LLC tarafından işletilmektedir.
ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi, zamanımızın en acil sorunlarından bazılarını ele almak için çalışan, ülkenin en büyük temel araştırmaların savunucusudur. Daha fazla bilgi için https: // enerji .gov/science ience adresini ziyaret edin.