АНУ-ын Эрчим хүчний яамны (DOE) Аргонн үндэсний лабораторийн судлаачид лити-ион батерейны салбарт анхдагч нээлтүүдийг хийж ирсэн урт түүхтэй. Эдгээр үр дүнгийн ихэнх нь NMC гэж нэрлэгддэг батерейны катод, никель манган, кобальт исэлд зориулагдсан болно. Энэхүү катодтой батерей нь Chevrolet Bolt-ыг тэжээдэг.
Аргонн судлаачид NMC катодын талаар өөр нэг нээлт хийжээ. Багийн шинэ жижиг катодын бөөмсийн бүтэц нь батерейг илүү бат бөх, аюулгүй болгож, маш өндөр хүчдэлд ажиллах чадвартай, урт хугацааны аяллын зайг хангаж чадна.
"Бид одоо батерей үйлдвэрлэгчид өндөр даралттай, хил хязгааргүй катодын материал үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох зааварчилгаатай боллоо" гэж Аргонн нэрэмжит ажилтан Халил Амин.
"Одоо байгаа NMC катодууд нь өндөр хүчдэлийн ажилд томоохон саад тотгор учруулж байна" гэж химич Гуйлян Сю хэлэв. Цэнэг цэнэгийн эргэлтийн үед катодын хэсгүүдэд ан цав үүссэний улмаас гүйцэтгэл хурдан буурдаг. Хэдэн арван жилийн турш батерей судлаачид эдгээр хагарлыг засах арга замыг хайж ирсэн.
Өмнө нь олон тооны жижиг хэсгүүдээс бүрдсэн жижиг бөмбөрцөг хэсгүүдийг ашигласан арга юм. Том бөмбөрцөг хэсгүүд нь олон талст хэлбэртэй, янз бүрийн чиглэлийн талст домайнуудтай. Үүний үр дүнд тэдгээрт бөөмс хоорондын мөхлөгийн хил хязгаар гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь циклийн үед зайг хагарах шалтгаан болдог. Үүнээс урьдчилан сэргийлэхийн тулд Сю, Аргонн нарын хамтрагчид өмнө нь бөөмс бүрийн эргэн тойронд хамгаалалтын полимер бүрээсийг бүтээж байжээ. Энэхүү бүрхүүл нь том бөмбөрцөг хэсгүүд болон тэдгээрийн доторх жижиг хэсгүүдийг хүрээлдэг.
Ийм хагарлаас зайлсхийх өөр нэг арга бол нэг талст хэсгүүдийг ашиглах явдал юм. Эдгээр хэсгүүдийн электрон микроскопоор тэдгээр нь хил хязгааргүй болохыг харуулсан.
Багийн хувьд асуудал бол бүрсэн поликристал болон дан талстаар хийсэн катодууд дугуй унах үед хагарсан хэвээр байсан явдал байв. Тиймээс тэд АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Аргонн шинжлэх ухааны төвийн Нарийвчилсан Фотоны эх сурвалж (APS) болон Наноматериалын төвд (CNM) эдгээр катодын материалын өргөн шинжилгээг хийсэн.
APS-ийн таван гар (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ба 34-ID-E) дээр янз бүрийн рентген шинжилгээ хийсэн. Эрдэмтэд электрон болон рентген туяаны микроскопоор харуулсан дан болор гэж бодож байсан зүйл нь үнэндээ дотор нь хил хязгаартай байсан нь харагдаж байна. CNM-ийн сканнердаж, дамжуулах электрон микроскоп нь энэ дүгнэлтийг баталжээ.
Физикч Вэнжүн Лю хэлэхдээ: "Бид эдгээр хэсгүүдийн гадаргуугийн морфологийг харахад тэдгээр нь дан талстууд шиг харагдаж байсан." 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）们在术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 暄 显微镜 术 显微镜 术们 发现 边界 隐藏 在。”"Гэсэн хэдий ч бид APS дээр синхротрон рентген дифракцийн микроскоп гэх техник болон бусад аргуудыг ашиглах үед хил хязгаар нь дотроо нуугдаж байгааг олж мэдсэн."
Хамгийн чухал нь, баг нь хил хязгааргүй дан талстыг үйлдвэрлэх аргыг боловсруулсан. Энэхүү нэг талст катод бүхий жижиг эсүүдийг маш өндөр хүчдэлд турших нь нэгж эзэлхүүн дэх эрчим хүчний хуримтлалыг 25% -иар нэмэгдүүлж, 100 туршилтын циклийн гүйцэтгэлд бараг ямар ч алдагдалгүй байгааг харуулж байна. Үүний эсрэгээр, олон интерфэйстэй нэг талст эсвэл бүрсэн поликристалуудаас бүрдсэн NMC катодууд нь ижил хугацаанд хүчин чадал 60% -иас 88% хүртэл буурсан байна.
Атомын масштабын тооцоо нь катодын багтаамжийг бууруулах механизмыг илрүүлдэг. CNM-ийн нано-шинжлэх ухаанч Мария Чангийн хэлснээр батерейг цэнэглэх үед хил хязгаар нь хүчилтөрөгчийн атомыг алддаг бөгөөд тэдгээрээс хол байгаа хэсгүүдээс илүү байдаг. Энэ хүчилтөрөгчийн алдагдал нь эсийн мөчлөгийн доройтолд хүргэдэг.
Чан хэлэхдээ, "Бидний тооцоолол нь хил хязгаар нь өндөр даралтын үед хүчилтөрөгч ялгарахад хүргэдэг бөгөөд энэ нь гүйцэтгэлийг бууруулахад хүргэдэг" гэж хэлэв.
Хил хязгаарыг арилгах нь хүчилтөрөгчийн хувьсал үүсэхээс сэргийлж, улмаар катодын аюулгүй байдал, мөчлөгийн тогтвортой байдлыг сайжруулдаг. АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Лоренс Беркли үндэсний лабораторид APS болон дэвшилтэт гэрлийн эх үүсвэрээр хийсэн хүчилтөрөгчийн хувьслын хэмжилтүүд энэ дүгнэлтийг баталж байна.
"Одоо бидэнд зай үйлдвэрлэгчид ямар ч хил хязгааргүй, өндөр даралтын дор ажилладаг катодын материал үйлдвэрлэхэд ашиглаж болох зааварчилгаа байна" гэж Аргонна гавьяат ажилтан Халил Амин хэлэв. 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。”"Удирдамж нь NMC-ээс бусад катодын материалд хамаарах ёстой."
Энэхүү судалгааны тухай нийтлэл Nature Energy сэтгүүлд гарчээ. Сю, Амин, Лю, Чанг нараас гадна Аргонна зохиолчид нь Шиан Лю, Венката Сурья Чайтанья Коллуру, Чен Жао, Шинвэй Жоу, Юзи Лю, Лиан Ин, Амин Даали, Ян Рэн, Вэньчян Сю, Жунжинг Дэн, Инхуй Хван, Чэнжун Сун, Тао Жоу, Мин Ду, Зонхай Чен. Лоуренс Берклигийн үндэсний лабораторийн эрдэмтэд (Ванли Ян, Чинтиан Ли, Зэнчин Жуо), Шямэний их сургууль (Жин-Жин Фан, Лин Хуан, Ши-Ган Сун) болон Цинхуа их сургууль (Дуншен Рэн, Шүнинг Фэн, Мингао Оуян).
Аргонна Наноматериалын төвийн тухай АНУ-ын Эрчим хүчний яамны нанотехнологийн судалгааны таван төвийн нэг болох Наноматериалын төв нь АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Шинжлэх ухааны албаны дэмжлэгтэй салбар дундын нано хэмжээний судалгааны үндэсний тэргүүлэх байгууллага юм. NSRC-үүд хамтдаа судлаачдад нано хэмжээст материалыг үйлдвэрлэх, боловсруулах, тодорхойлох, загварчлах хамгийн сүүлийн үеийн чадавхиар хангадаг нэмэлт байгууламжуудыг бүрдүүлдэг бөгөөд Үндэсний Нанотехнологийн Санаачилгын хүрээнд хийгдсэн хамгийн том дэд бүтцийн хөрөнгө оруулалтыг төлөөлдөг. NSRC нь Аргонн, Брукхавен, Лоуренс Беркли, Оак Ридж, Сандиа, Лос Аламос дахь АНУ-ын Эрчим хүчний үндэсний лабораторид байрладаг. NSRC ТМБ-ын талаар нэмэлт мэдээлэл авахыг хүсвэл https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​ie​s​/​Us хаягаар зочилно уу. Нэг харцаар.
АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Аргонн үндэсний лаборатори дахь гэрэл зургийн дэвшилтэт эх үүсвэр (APS) нь дэлхийн хамгийн үр бүтээлтэй рентген туяаны эх үүсвэрүүдийн нэг юм. APS нь материал судлал, хими, өтгөрүүлсэн бодисын физик, амьдрал ба байгаль орчны шинжлэх ухаан, хэрэглээний судалгаа зэрэг олон төрлийн судалгааны нийгэмлэгийг өндөр эрчимтэй рентген туяагаар хангадаг. Эдгээр рентген туяа нь материал, биологийн бүтэц, элементүүдийн тархалт, хими, соронзон, электрон төлөв байдал, батерейгаас эхлээд түлшний форсунка хүртэлх бүх төрлийн техникийн чухал инженерийн системийг судлахад нэн тохиромжтой бөгөөд манай улсын эдийн засаг, технологид амин чухал юм. . ба бие эрүүл мэндийн үндэс. Жил бүр 5,000 гаруй судлаач APS-ийг ашиглан бусад рентген судалгааны төвийн хэрэглэгчдээс илүү чухал нээлт, биологийн уургийн бүтцийг шийдвэрлэх 2000 гаруй нийтлэл хэвлүүлдэг. APS-ийн эрдэмтэн, инженерүүд хурдасгуур болон гэрлийн эх үүсвэрийн ажиллагааг сайжруулах үндэс болсон шинэлэг технологийг нэвтрүүлж байна. Үүнд судлаачдын үнэлдэг маш тод рентген туяа үүсгэдэг оролтын төхөөрөмж, рентген туяаг хэдхэн нанометр хүртэл төвлөрүүлдэг линз, судалж буй дээжтэй рентген туяаны харилцан үйлчлэлийг нэмэгдүүлэх хэрэгсэл, APS-ийн нээлтүүдийг цуглуулах, удирдах зэрэг орно. Судалгаа нь асар их хэмжээний мэдээллийн хэмжээг бий болгодог.
Энэхүү судалгаанд DE-AC02-06CH11357 дугаартай гэрээний дагуу АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Шинжлэх ухааны яамны Аргонне үндэсний лаборатори ажиллуулдаг АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Шинжлэх ухааны хэрэглэгчийн төвийн Нарийвчилсан Фотоны эх сурвалжаас авсан нөөцийг ашигласан.
Аргонн үндэсний лаборатори нь дотоодын шинжлэх ухаан, технологийн тулгамдсан асуудлыг шийдвэрлэхийг хичээдэг. Аргонна АНУ-ын анхны үндэсний лабораторийн хувьд шинжлэх ухааны бараг бүх салбарт хамгийн сүүлийн үеийн суурь болон хэрэглээний судалгааг явуулдаг. Аргонна судлаачид олон зуун компани, их дээд сургууль, холбооны, муж, хотын агентлагуудын судлаачидтай нягт хамтран ажиллаж, тодорхой асуудлуудыг шийдвэрлэх, АНУ-ын шинжлэх ухааны манлайллыг ахиулах, үндэстнийг илүү сайн ирээдүйд бэлтгэхэд тусалдаг. Argonne нь 60 гаруй орны ажилчдыг ажиллуулдаг бөгөөд АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Шинжлэх ухааны газрын харьяа UChicago Argonne ХХК-д ажилладаг.
АНУ-ын Эрчим хүчний яамны Шинжлэх ухааны алба нь физикийн шинжлэх ухааны суурь судалгааны үндэсний хамгийн том дэмжигч бөгөөд орчин үеийн хамгийн тулгамдсан асуудлуудыг шийдвэрлэхээр ажилладаг. Дэлгэрэнгүй мэдээллийг https://energy.gov/science​ience хаягаар авна уу.