Ang mga tigdukiduki sa Argonne National Laboratory sa US Department of Energy (DOE) adunay taas nga kasaysayan sa mga nadiskobrehan sa natad sa mga baterya sa lithium-ion. Daghan niini nga mga resulta alang sa cathode sa baterya, nga gitawag og NMC, nickel manganese ug cobalt oxide. Usa ka baterya nga adunay kini nga cathode ang karon nagpadagan sa Chevrolet Bolt.
Nakab-ot sa mga tigdukiduki sa Argonne ang laing dakong kalampusan sa mga NMC cathode. Ang bag-ong gamay nga istruktura sa partikulo sa cathode sa team makahimo sa baterya nga mas lig-on ug mas luwas, makahimo sa pag-operate sa taas kaayo nga boltahe ug makahatag og mas taas nga mga distansya sa pagbiyahe.
“Karon naa na kitay giya nga magamit sa mga tiggama og baterya sa paghimo og mga materyales nga cathode nga taas og pressure, walay utlanan,” miingon si Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
“Ang kasamtangang mga NMC cathode usa ka dakong babag sa trabaho nga taas og boltahe,” matod sa assistant chemist nga si Guiliang Xu. Uban sa charge-discharge cycling, ang performance dali nga moubos tungod sa pagporma sa mga liki sa mga partikulo sa cathode. Sulod sa mga dekada, ang mga tigdukiduki sa baterya nangita og mga paagi aron ayohon kini nga mga liki.
Usa ka pamaagi kaniadto migamit og gagmay nga mga spherical particle nga gilangkoban sa daghang mas gagmay nga mga particle. Ang dagkong mga spherical particle kay polycrystalline, nga adunay crystalline domains nga lain-laing mga oryentasyon. Tungod niini, kini adunay gitawag sa mga siyentista nga grain boundaries tali sa mga particle, nga mahimong hinungdan sa pagliki sa baterya atol sa usa ka siklo. Aron malikayan kini, ang mga kauban ni Xu ug Argonne kaniadto nakaugmad og protective polymer coating palibot sa matag particle. Kini nga coating naglibot sa dagkong mga spherical particle ug gagmay nga mga particle sa sulod niini.
Laing paagi aron malikayan kini nga matang sa pagliki mao ang paggamit sa mga single crystal particle. Ang electron microscopy niini nga mga particle nagpakita nga wala silay mga utlanan.
Ang problema sa team kay ang mga cathode nga hinimo gikan sa coated polycrystals ug single crystals nangabuak gihapon atol sa cycling. Busa, nagpahigayon sila og halapad nga pag-analisar niining mga materyales sa cathode sa Advanced Photon Source (APS) ug Center for Nanomaterials (CNM) sa Argonne Science Center sa US Department of Energy.
Nagkalain-laing mga pag-analisa sa x-ray ang gihimo sa lima ka mga bukton sa APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ug 34-ID-E). Migawas nga ang gihunahuna sa mga siyentista nga usa ka kristal, sama sa gipakita sa electron ug X-ray microscopy, sa tinuod adunay utlanan sa sulod. Ang scanning ug transmission electron microscopy sa mga CNM nagpamatuod niini nga konklusyon.
"Sa dihang among gitan-aw ang morpolohiya sa ibabaw niining mga partikulo, kini morag mga kristal nga nag-inusara," miingon ang pisiko nga si Wenjun Liu. 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 ，术 和发现 边界 隐藏 在。”"Apan, sa dihang migamit kami og teknik nga gitawag og synchrotron X-ray diffraction microscopy ug uban pang mga teknik sa APS, among nadiskobrehan nga ang mga utlanan natago sa sulod."
Importante nga ang grupo nakaugmad og pamaagi sa paghimo og single crystals nga walay mga utlanan. Ang pagsulay sa gagmay nga mga selula gamit kini nga single-crystal cathode sa taas kaayo nga boltahe nagpakita og 25% nga pagtaas sa energy storage kada unit volume nga halos walay pagkawala sa performance sulod sa 100 ka test cycles. Sa kasukwahi, ang mga NMC cathode nga gilangkoban sa multi-interface single crystals o coated polycrystals nagpakita og capacity drop nga 60% ngadto sa 88% sa samang lifetime.
Ang mga kalkulasyon sa atomic scale nagpadayag sa mekanismo sa pagkunhod sa cathode capacitance. Sumala ni Maria Chang, usa ka nanoscientist sa CNM, ang mga utlanan mas lagmit nga mawad-an og mga atomo sa oksiheno kung ang baterya gikargahan kaysa mga lugar nga mas layo gikan kanila. Kini nga pagkawala sa oksiheno mosangpot sa pagkadaot sa siklo sa selula.
"Ang among mga kalkulasyon nagpakita kon sa unsang paagi ang utlanan mahimong mosangpot sa pagpagawas sa oksiheno sa taas nga presyur, nga mahimong mosangpot sa pagkunhod sa performance," miingon si Chan.
Ang pagwagtang sa utlanan makapugong sa ebolusyon sa oksiheno, sa ingon makapauswag sa kaluwasan ug cyclic stability sa cathode. Ang mga pagsukod sa ebolusyon sa oksiheno gamit ang APS ug usa ka advanced light source sa Lawrence Berkeley National Laboratory sa US Department of Energy nagpamatuod niini nga konklusyon.
“Karon naa na tay mga giya nga magamit sa mga tiggama og baterya sa paghimo og mga materyales nga cathode nga walay mga utlanan ug mo-operate sa taas nga presyur,” matod ni Khalil Amin, Argonne Fellow 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。”"Ang mga giya kinahanglan nga magamit sa mga materyales nga cathode gawas sa NMC."
Ang usa ka artikulo bahin sa kini nga pagtuon nagpakita sa journal Nature Energy. Dugang sa Xu, Amin, Liu ug Chang, ang mga tagsulat sa Argonne mao sila 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 Sun, Tao Zhou, Ming Du, ug Zonghai. Mga siyentipiko gikan sa Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li, ug Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan , Ling Huang ug Shi-Gang Sun) ug Tsinghua University (Dongsheng Ren, Xuning Feng ug Mingao Ouyang).
Mahitungod sa Argonne Center for Nanomaterials Ang Center for Nanomaterials, usa sa lima ka sentro sa panukiduki sa nanotechnology sa US Department of Energy, mao ang nanguna nga institusyon sa nasudnong tiggamit alang sa interdisciplinary nanoscale nga panukiduki nga gisuportahan sa Office of Science sa US Department of Energy. Sa kinatibuk-an, ang mga NSRC nagporma og usa ka hugpong sa mga komplementaryong pasilidad nga naghatag sa mga tigdukiduki og state-of-the-art nga mga kapabilidad alang sa paghimo, pagproseso, pag-ila sa kinaiya, ug pagmodelo sa mga materyales nga nanoscale ug nagrepresentar sa pinakadako nga puhunan sa imprastraktura ubos sa National Nanotechnology Initiative. Ang NSRC nahimutang sa US Department of Energy National Laboratories sa Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, ug Los Alamos. Alang sa dugang nga impormasyon bahin sa NSRC DOE, bisitaha ang https://science.osti.gov/Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​ie​s​-​at​-a​​Glance.
Ang Advanced Photon Source (APS) sa US Department of Energy sa Argonne National Laboratory usa sa labing produktibo nga mga tinubdan sa X-ray sa kalibutan. Ang APS naghatag og high-intensity X-rays sa lain-laing komunidad sa panukiduki sa materials science, chemistry, condensed matter physics, life and environmental sciences, ug applied research. Kini nga mga X-ray sulundon alang sa pagtuon sa mga materyales ug biological nga istruktura, ang distribusyon sa mga elemento, kemikal, magnetic ug electronic nga mga estado, ug teknikal nga importante nga mga sistema sa inhenyeriya sa tanang matang, gikan sa mga baterya ngadto sa fuel injector nozzles, nga importante sa atong nasudnong ekonomiya, teknolohiya, ug lawas. Ang basehan sa panglawas. Matag tuig, kapin sa 5,000 ka mga tigdukiduki ang naggamit sa APS aron sa pagmantala og kapin sa 2,000 ka mga publikasyon nga nagdetalye sa importanteng mga nadiskobrehan ug pagsulbad sa mas importanteng biological nga istruktura sa protina kaysa mga tiggamit sa bisan unsang ubang X-ray research center. Ang mga siyentista ug inhenyero sa APS nagpatuman sa mga inobatibong teknolohiya nga mao ang basehan sa pagpauswag sa performance sa mga accelerator ug light source. Apil niini ang mga input device nga nagpatunghag hayag kaayo nga mga X-ray nga gipabilhan sa mga tigdukiduki, mga lente nga nagpokus sa mga X-ray hangtod sa pipila ka nanometer, mga instrumento nga nagpadako sa paagi sa pag-interact sa mga X-ray sa sample nga gitun-an, ug ang pagkolekta ug pagdumala sa mga nadiskobrehan sa APS. Ang panukiduki nagmugna og daghang gidaghanon sa datos.
Kini nga pagtuon migamit ug mga kapanguhaan gikan sa Advanced Photon Source, usa ka US Department of Energy Office of Science User Center nga gidumala sa Argonne National Laboratory para sa US Department of Energy Office of Science ubos sa numero sa kontrata nga DE-AC02-06CH11357.
Ang Argonne National Laboratory naningkamot sa pagsulbad sa mga nag-unang problema sa siyensya ug teknolohiya sa nasud. Isip unang nasudnong laboratoryo sa Estados Unidos, ang Argonne nagpahigayon og pinakabag-o nga batakang ug gigamit nga panukiduki sa halos tanang disiplina sa siyensya. Ang mga tigdukiduki sa Argonne nakigtambayayong pag-ayo sa mga tigdukiduki gikan sa gatusan ka mga kompanya, unibersidad, ug mga ahensya sa pederal, estado, ug munisipyo aron matabangan sila sa pagsulbad sa mga piho nga problema, pagpalambo sa siyentipikong pagpangulo sa US, ug pag-andam sa nasud alang sa mas maayong kaugmaon. Ang Argonne nag-empleyo og mga empleyado gikan sa kapin sa 60 ka mga nasud ug gidumala sa UChicago Argonne, LLC sa US Department of Energy's Office of Science.
Ang Opisina sa Siyensiya sa US Department of Energy mao ang pinakadako nga tigpasiugda sa nasud sa batakang panukiduki sa pisikal nga syensya, nga nagtrabaho aron matubag ang pipila sa labing nag-unang mga isyu sa atong panahon. Alang sa dugang nga kasayuran, bisitaha ang https://energy.gov/scienceience.