محققان آزمایشگاه ملی وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) آرگون سابقه طولانی در مورد اکتشافات پیشگام در زمینه باتری های لیتیوم یون دارند. بسیاری از این نتایج برای کاتد باتری به نام NMC ، نیکل منگنز و اکسید کبالت است. باتری با این کاتد اکنون پیچ و مهره شورولت را قدرت می دهد.
محققان آرگون به موفقیت دیگری در کاتدهای NMC دست یافته اند. ساختار ذرات کوچک کاتدی کوچک این تیم می تواند باتری را با دوام تر و ایمن تر کند و قادر به کار در ولتاژهای بسیار بالا و فراهم کردن محدوده سفر طولانی تر باشد.
خلیل امین ، همکار آرگون ، "ما اکنون راهنمایی هایی را داریم که تولید کنندگان باتری می توانند از آنها برای تهیه مواد کاتدی بدون فشار و بدون مرز استفاده کنند."
دستیار شیمیدان Guiliang Xu گفت: "کاتدهای NMC موجود مانع اصلی کار با ولتاژ بالا هستند." با دوچرخه سواری شارژ شارژ ، عملکرد به دلیل تشکیل ترک در ذرات کاتد به سرعت کاهش می یابد. چندین دهه است که محققان باتری به دنبال راه هایی برای ترمیم این ترک ها هستند.
یک روش در گذشته از ذرات کروی ریز و درشت متشکل از ذرات بسیار کوچکتر استفاده می کرد. ذرات کروی بزرگ پلی کریستالی هستند و دامنه های کریستالی از جهت گیری های مختلف دارند. در نتیجه ، آنها آنچه دانشمندان مرزهای دانه را بین ذرات می نامند ، دارند و این می تواند باعث شکسته شدن باتری در طی یک چرخه شود. برای جلوگیری از این امر ، همکاران Xu و آرگون قبلاً یک پوشش پلیمری محافظ در اطراف هر ذره ایجاد کرده بودند. این پوشش ذرات کروی بزرگ و ذرات کوچکتر را در آنها احاطه کرده است.
راه دیگر برای جلوگیری از این نوع ترک خوردگی استفاده از ذرات کریستالی تک است. میکروسکوپ الکترونی این ذرات نشان داد که هیچ مرز ندارند.
مشکل این تیم این بود که کاتدهای ساخته شده از پلی کریستال های روکش شده و کریستال های منفرد هنوز در هنگام دوچرخه سواری ترک خورده اند. بنابراین ، آنها تجزیه و تحلیل گسترده ای از این مواد کاتدی را در منبع پیشرفته فوتون (APS) و مرکز نانومواد (CNM) در مرکز علوم آرگون وزارت انرژی ایالات متحده انجام دادند.
تجزیه و تحلیل اشعه ایکس مختلف بر روی پنج بازوی APS (11-BM ، 20-BM ، 2-ID-D ، 11-ID-C و 34-ID-E) انجام شد. به نظر می رسد که آنچه دانشمندان فکر می کردند یک کریستال واحد است ، همانطور که توسط میکروسکوپ الکترونی و اشعه ایکس نشان داده شده است ، در واقع یک مرز در داخل است. اسکن و میکروسکوپ الکترونی انتقال CNM این نتیجه گیری را تأیید کرد.
ونژون لیو گفت: "وقتی ما به مورفولوژی سطح این ذرات نگاه کردیم ، آنها مانند کریستال های مجرد به نظر می رسید." 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 加速器 加速器 射线 显微镜 的 技术 和 时 ， ， 发现 发现 边界 隐藏 在。""با این حال ، هنگامی که ما از تکنیکی به نام میکروسکوپ پراش پرتو Synchrotron و سایر تکنیک ها در AP استفاده کردیم ، دریافتیم که مرزها در داخل پنهان شده اند."
نکته مهم این است که این تیم روشی را برای تولید کریستال های منفرد بدون مرز ایجاد کرده است. آزمایش سلولهای کوچک با این کاتد تک کریستالی در ولتاژهای بسیار بالا ، افزایش 25 ٪ در ذخیره انرژی در هر واحد را نشان داد که تقریباً هیچ ضرر در عملکرد بیش از 100 چرخه آزمایش ندارد. در مقابل ، کاتدهای NMC متشکل از کریستال های تک چند منظوره یا پلی کریستال های روکش شده ، افت ظرفیت 60 ٪ به 88 ٪ را در همان طول عمر نشان دادند.
محاسبات مقیاس اتمی مکانیسم کاهش ظرفیت کاتد را نشان می دهد. به گفته ماریا چانگ ، متخصص نانو در CNM ، مرزها در هنگام شارژ باتری نسبت به مناطقی که از آنها دورتر است ، اتم های اکسیژن را از دست می دهند. این از بین رفتن اکسیژن منجر به تخریب چرخه سلولی می شود.
چان گفت: "محاسبات ما نشان می دهد كه چگونه مرز می تواند منجر به آزاد شدن اکسیژن با فشار زیاد شود و این می تواند منجر به کاهش عملکرد شود."
از بین بردن مرز از تکامل اکسیژن جلوگیری می کند و از این طریق ایمنی و پایداری چرخه ای کاتد را بهبود می بخشد. اندازه گیری تکامل اکسیژن با APS و یک منبع نور پیشرفته در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی وزارت انرژی ایالات متحده این نتیجه گیری را تأیید می کند.
خلیل امین ، همکار آرگون ، گفت: "اکنون ما دستورالعملهایی داریم که تولید کنندگان باتری می توانند از مواد کاتدی استفاده کنند که هیچ مرز ندارند و با فشار زیاد کار می کنند." 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。""دستورالعمل ها باید در مورد مواد کاتدی غیر از NMC اعمال شود."
مقاله ای در مورد این مطالعه در مجله Nature Energy ظاهر شد. علاوه بر Xu ، Amin ، Liu و Chang ، نویسندگان آرگون شیانگ لیو ، Venkata Surya chaitanya Kolluru ، Chen Zhao ، Xinwei Zhou ، Yuzi Liu ، Liang Ying ، Amin Daali ، Wenqian Xu ، Jongjian Xu ، Junjing Deng ، chevi ، unsui Haung. زونغای چن. دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی (ونلی یانگ ، چینگتیان لی ، و زنگ کینگ ژوو) ، دانشگاه Xiamen (فن جینگ-جینگ ، لینگ هوانگ و شی-گانگ خورشید) و دانشگاه Tsinghua (Dongsheng Ren ، Xuning Feng and Mingaooyang).
درباره مرکز نانومواد آرگون ، مرکز نانومواد ، یکی از پنج مراکز تحقیقاتی فناوری نانو با فناوری انرژی ایالات متحده ، مؤسسه برتر ملی کاربر برای تحقیقات نانو بین المللی است که توسط دفتر علوم انرژی وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. در کنار هم ، NSRC مجموعه ای از امکانات مکمل را تشکیل می دهد که توانایی های پیشرفته ای را برای ساخت ، پردازش ، توصیف و مدل سازی مواد نانو در اختیار محققان قرار می دهد و بزرگترین سرمایه گذاری زیرساخت ها را تحت ابتکار ملی فناوری نانو نشان می دهد. NSRC در آزمایشگاههای ملی وزارت انرژی ایالات متحده در آرگون ، بروکهاون ، لارنس برکلی ، اوک ریج ، ساندیا و لس آلاموس واقع شده است. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد NSRC DOE ، به https مراجعه کنید: // Science .osti .gov/us er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l it Ie s-at -a glance.
منبع فوتون پیشرفته وزارت انرژی ایالات متحده (APS) در آزمایشگاه ملی آرگون یکی از پربارترین منابع اشعه ایکس در جهان است. APS اشعه ایکس با شدت بالا را به یک جامعه تحقیقاتی متنوع در علوم مواد ، شیمی ، فیزیک ماده متراکم ، زندگی و علوم محیطی و تحقیقات کاربردی ارائه می دهد. این اشعه ایکس برای مطالعه مواد و ساختارهای بیولوژیکی ، توزیع عناصر ، حالتهای شیمیایی ، مغناطیسی و الکترونیکی و سیستم های مهندسی مهم از نظر فنی از انواع مختلف ، از باتری ها گرفته تا نازل های انژکتور سوخت ، که برای اقتصاد ملی ما ، فناوری بسیار حیاتی هستند ، ایده آل است. و بدن اساس سلامتی. هر ساله ، بیش از 5000 محقق از AP ​​برای انتشار بیش از 2،000 نشریه در مورد کشف های مهم و حل ساختارهای مهم پروتئین بیولوژیکی نسبت به کاربران سایر مرکز تحقیقات اشعه ایکس استفاده می کنند. دانشمندان و مهندسان APS در حال اجرای فن آوری های نوآورانه هستند که پایه و اساس بهبود عملکرد شتاب دهنده ها و منابع نوری است. این شامل دستگاه های ورودی است که اشعه ایکس بسیار روشن را که توسط محققان با ارزش تولید می شود ، لنزهایی که اشعه ایکس را به چند نانومتر متمرکز می کنند ، ابزارهایی که به حداکثر رساندن نحوه تعامل اشعه ایکس با نمونه مورد مطالعه حداکثر می شوند ، و جمع آوری و مدیریت تحقیقات APS باعث ایجاد حجم داده های عظیم می شود.
این مطالعه با استفاده از منابع از منبع Advanced Photon Source ، یک مرکز انرژی علوم انرژی وزارت انرژی ایالات متحده که توسط آزمایشگاه ملی آرگون برای وزارت علوم انرژی ایالات متحده تحت شماره قرارداد DE-AC02-06CH11357 اداره می شود.
آزمایشگاه ملی آرگون در تلاش است تا مشکلات مهم علم و فناوری داخلی را حل کند. به عنوان اولین آزمایشگاه ملی در ایالات متحده ، آرگون تحقیقات اساسی و کاربردی برقی را تقریباً در هر رشته علمی انجام می دهد. محققان آرگون با محققان صدها شرکت ، دانشگاه ها و آژانس های فدرال ، ایالتی و شهرداری همکاری نزدیکی دارند تا به آنها در حل مشکلات خاص ، پیشبرد رهبری علمی ایالات متحده و آماده سازی ملت برای آینده بهتر کمک کنند. آرگون کارمندان بیش از 60 کشور جهان را استخدام می کند و توسط Uchicago Argonne ، LLC از دفتر علوم انرژی وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود.
دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده بزرگترین طرفدار تحقیقات اساسی کشور در علوم فیزیکی است که برای رسیدگی به برخی از مهمترین موضوعات زمان ما تلاش می کند. برای اطلاعات بیشتر ، به https: // انرژی .gov/Science Ience مراجعه کنید.