Navorsers van die Amerikaanse departement van energie (DOE) Argonne National Laboratory het 'n lang geskiedenis van baanbrekersontdekkings op die gebied van litium-ioonbatterye. Baie van hierdie resultate is vir die batterykatode, genaamd NMC, nikkel -mangaan en kobaltoksied. 'N Battery met hierdie katode maak nou die Chevrolet Bolt.
Argonne -navorsers het nog 'n deurbraak in NMC -katodes bereik. Die span se nuwe piepklein katode -deeltjie -struktuur kan die battery duursamer en veiliger maak, in staat wees om teen baie hoë spanning te werk en langer reisreekse te bied.
"Ons het nou leiding wat die vervaardigers van batterye kan gebruik om katodemateriaal met 'n hoë druk te maak," het Khalil Amin, mede-emeritus, Argonne.
"Bestaande NMC -katodes bied 'n groot hindernis vir hoogspanningswerk," het die assistent -chemikus Guiliang Xu gesê. Met lading-ontlading fietsry daal die werkverrigting vinnig as gevolg van die vorming van krake in die katode-deeltjies. Battery -navorsers is al dekades lank op soek na maniere om hierdie krake te herstel.
Een metode het in die verlede klein sferiese deeltjies gebruik wat bestaan ​​uit baie kleiner deeltjies. Groot sferiese deeltjies is polikristallyne, met kristallyne domeine van verskillende oriëntasies. As gevolg hiervan, het hulle wat wetenskaplikes graangrense tussen deeltjies noem, wat die battery tydens 'n siklus kan laat kraak. Om dit te voorkom, het die kollegas van Xu en Argonne voorheen 'n beskermende polimeerbedekking rondom elke deeltjie ontwikkel. Hierdie deklaag omring groot sferiese deeltjies en kleiner deeltjies daarin.
'N Ander manier om hierdie soort krake te vermy, is om enkelkristaldeeltjies te gebruik. Elektronmikroskopie van hierdie deeltjies het getoon dat hulle geen grense het nie.
Die probleem vir die span was dat katodes gemaak is van bedekte polikristalle en enkelkristalle wat nog tydens fietsry gekraak is. Daarom het hulle uitgebreide ontleding van hierdie katodemateriaal by die Advanced Photon Source (APS) en Center for Nanomaterials (CNM) by die Amerikaanse departement van energie se Argonne Science Centre uitgevoer.
Verskeie X-straalanalises is op vyf APS-arms (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C en 34-ID-E) uitgevoer. Dit blyk dat wat wetenskaplikes gedink het 'n enkele kristal was, soos aangetoon deur elektron- en x-straalmikroskopie, eintlik 'n grens binne. Skandering en transmissie -elektronmikroskopie van CNMS het hierdie gevolgtrekking bevestig.
“Toe ons na die oppervlakmorfologie van hierdie deeltjies kyk, het hulle soos enkelkristalle gelyk,” het die fisikus Wenjun Liu gesê. 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 x 射线 显微镜 的 技术 和 其他 时 ， 我们 发现 边界 隐藏 在。”"Toe ons egter 'n tegniek genaamd Synchrotron X-straaldiffraksiemikroskopie en ander tegnieke by APS gebruik, het ons gevind dat die grense binne-in weggesteek is."
Wat belangrik is, het die span 'n metode ontwikkel om enkelkristalle sonder grense te produseer. Die toetsing van klein selle met hierdie enkelkristal-katode by baie hoë spannings het 'n toename van 25% in energieberging per volume van die eenheid getoon, met feitlik geen verlies aan prestasie oor 100 toetssiklusse nie. In teenstelling hiermee het NMC-katodes wat bestaan ​​uit enkelkristalle met 'n multi-koppelvlak of bedekte polikristalle, 'n kapasiteitsdaling van 60% tot 88% in dieselfde leeftyd getoon.
Atoomskaalberekeninge toon die meganisme van die vermindering van katode kapasitansie. Volgens Maria Chang, 'n nanowetenskaplike by CNM, is dit waarskynlik dat grense suurstofatome verloor as die battery gelaai word as gebiede verder van hulle af. Hierdie verlies aan suurstof lei tot afbraak van die selsiklus.
"Ons berekeninge toon hoe die grens daartoe kan lei dat suurstof by hoë druk vrygestel word, wat kan lei tot verminderde werkverrigting," het Chan gesê.
Die uitskakeling van die grens voorkom die evolusie van suurstof, waardeur die veiligheid en sikliese stabiliteit van die katode verbeter word. Oxygen Evolution -metings met APS en 'n gevorderde ligbron by die Amerikaanse departement van energie se Lawrence Berkeley National Laboratory bevestig hierdie gevolgtrekking.
"Nou het ons riglyne wat batteryvervaardigers kan gebruik om katodemateriaal te maak wat geen grense het nie en teen hoë druk werk," sê Khalil Amin, Argonne -mede -emeritus. 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。”'Riglyne moet van toepassing wees op ander katodemateriaal as NMC.'
'N Artikel oor hierdie studie verskyn in die vaktydskrif Nature Energy. Benewens Xu, Amin, Liu en Chang, is die Argonne -skrywers 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, Tao Zhou, Ming Du, en Zonghai Chen. Wetenskaplikes van die Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li, en Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing-aanhanger, Ling Huang en Shi-Gang Sun) en die Tsinghua-universiteit (Dongsheng Ren, Xuning Feng en Mingao Ouyang).
Oor die Argonne -sentrum vir nanomateriale Die Sentrum vir Nanomateriale, een van die vyf Amerikaanse navorsingsentrums vir nanotegnologie -nanotegnologie, is die voorste nasionale gebruikersinstelling vir interdissiplinêre nanoskaalnavorsing wat deur die Amerikaanse departement van energie se kantoor van wetenskap ondersteun word. Gesamentlik vorm NSRC's 'n reeks aanvullende fasiliteite wat navorsers moderne vermoëns bied vir die vervaardiging, verwerking, karakterisering en modellering van nanoskaalmateriaal en verteenwoordig die grootste infrastruktuurbelegging onder die Nasionale Nanotegnologie-inisiatief. Die NSRC is geleë aan die Amerikaanse departement van energie nasionale laboratoriums in Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia en Los Alamos. Besoek https: // science .osti .gov/ons er-f a c i lit ie s/us-f a c i l dit is vir meer inligting oor die NSRC DOE.
Die Amerikaanse Departement van Energie se Advanced Photon Source (APS) by Argonne National Laboratory is een van die produktiefste X-straalbronne ter wêreld. APS bied X-strale met hoë intensiteit aan 'n diverse navorsingsgemeenskap in materiale wetenskap, chemie, gekondenseerde materie-fisika, lewens- en omgewingswetenskappe en toegepaste navorsing. Hierdie x-strale is ideaal vir die bestudering van materiale en biologiese strukture, die verspreiding van elemente, chemiese, magnetiese en elektroniese toestande, en tegnies belangrike ingenieurstelsels van alle soorte, van batterye tot brandstofinspuiters, wat noodsaaklik is vir ons nasionale ekonomie, tegnologie. en liggaam die basis van gesondheid. Elke jaar gebruik meer as 5000 navorsers AP's om meer as 2000 publikasies te publiseer met belangrike ontdekkings en om meer belangrike biologiese proteïenstrukture op te los as gebruikers van enige ander X-Ray-navorsingsentrum. APS -wetenskaplikes en ingenieurs implementeer innoverende tegnologieë wat die basis vorm vir die verbetering van die prestasie van versnellers en ligbronne. Dit sluit insettoestelle in wat buitengewoon helder x-strale produseer wat deur navorsers gewaardeer is, lense wat X-strale tot enkele nanometers fokus, instrumente wat die manier waarop X-strale in wisselwerking is met die steekproef wat bestudeer word, maksimeer, en die versameling en bestuur van APS-ontdekkingsnavorsing en groot datavolumes genereer.
Hierdie studie het hulpbronne van Advanced Photon Source, 'n Amerikaanse Departement van Energiekantoor van Wetenskap Gebruikersentrum, gebruik wat deur die Argonne National Laboratory vir die Amerikaanse departement van energiekantoor bedryf word onder kontraknommer DE-AC02-06CH11357.
Die Argonne National Laboratory streef daarna om die dringende probleme van huishoudelike wetenskap en tegnologie op te los. As die eerste nasionale laboratorium in die Verenigde State, doen Argonne die nuutste en toegepaste navorsing in feitlik elke wetenskaplike dissipline. Argonne -navorsers werk nou saam met navorsers van honderde ondernemings, universiteite en federale, staats- en munisipale agentskappe om hulle te help om spesifieke probleme op te los, Amerikaanse wetenskaplike leierskap te bevorder en die land voor te berei op 'n beter toekoms. Argonne het werknemers uit meer as 60 lande in diens en word bedryf deur Uchicago Argonne, LLC van die Amerikaanse departement van energie se kantoor vir wetenskap.
Die kantoor van die wetenskap van die Amerikaanse departement van energie is die grootste voorstander van basiese navorsing in die fisiese wetenskappe van die land, en werk om sommige van die dringendste kwessies van ons tyd aan te spreek. Besoek https: // Energy .gov/Science Ience vir meer inligting.