Watafiti katika Idara ya Nishati ya Amerika (DOE) Maabara ya Kitaifa ya Argonne wana historia ndefu ya uvumbuzi wa upainia katika uwanja wa betri za lithiamu-ion. Matokeo haya mengi ni ya cathode ya betri, inayoitwa NMC, nickel manganese na oksidi ya cobalt. Betri iliyo na cathode hii sasa ina nguvu ya Chevrolet Bolt.
Watafiti wa Argonne wamepata mafanikio mengine katika cathode za NMC. Muundo mpya wa chembe ndogo ya cathode inaweza kufanya betri kuwa ya kudumu zaidi na salama, kuweza kufanya kazi kwa kiwango cha juu sana na kutoa safu za kusafiri kwa muda mrefu.
"Sasa tunayo mwongozo ambao wazalishaji wa betri wanaweza kutumia kutengeneza vifaa vya juu, visivyo na mipaka," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Cathode zilizopo za NMC zinawasilisha shida kubwa kwa kazi ya voltage kubwa," alisema msaidizi wa dawa ya duka Guiliang Xu. Na baiskeli ya kutokwa kwa malipo, utendaji huanguka haraka kwa sababu ya malezi ya nyufa kwenye chembe za cathode. Kwa miongo kadhaa, watafiti wa betri wamekuwa wakitafuta njia za kukarabati nyufa hizi.
Njia moja huko nyuma ilitumia chembe ndogo za spherical zilizo na chembe ndogo ndogo. Chembe kubwa za spherical ni polycrystalline, na vikoa vya fuwele vya mwelekeo tofauti. Kama matokeo, wana kile wanasayansi huita mipaka ya nafaka kati ya chembe, ambayo inaweza kusababisha betri kupasuka wakati wa mzunguko. Ili kuzuia hili, wenzake wa Xu na Argonne hapo awali walikuwa wameandaa mipako ya polymer ya kinga karibu kila chembe. Mipako hii inazunguka chembe kubwa za spherical na chembe ndogo ndani yao.
Njia nyingine ya kuzuia aina hii ya kupasuka ni kutumia chembe moja za kioo. Microscopy ya elektroni ya chembe hizi ilionyesha kuwa hawana mipaka.
Shida kwa timu hiyo ni kwamba cathode zilizotengenezwa kutoka kwa polycrystals zilizofunikwa na fuwele moja bado zimepasuka wakati wa baiskeli. Kwa hivyo, walifanya uchambuzi wa kina wa vifaa hivi vya cathode kwenye Chanzo cha Advanced Photon (APS) na Kituo cha Nanomatadium (CNM) katika Kituo cha Sayansi cha Nishati cha Amerika.
Uchambuzi anuwai wa X-ray ulifanywa kwa mikono mitano ya APS (11-bm, 20-bm, 2-ID-D, 11-ID-C na 34-ID-E). Inabadilika kuwa kile wanasayansi walidhani ilikuwa glasi moja, kama inavyoonyeshwa na microscopy ya elektroni na X-ray, kwa kweli ilikuwa na mpaka ndani. Skanning na maambukizi ya elektroni ya CNMS ilithibitisha hitimisho hili.
"Tulipoangalia morphology ya uso wa chembe hizi, zilionekana kama fuwele moja," mtaalam wa fizikia Wenjun Liu alisema. 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 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 和 和 其他"Walakini, wakati tulitumia mbinu inayoitwa synchrotron X-ray mseto wa microscopy na mbinu zingine huko APS, tuligundua kuwa mipaka ilikuwa imefichwa ndani."
Kwa kweli, timu imeunda njia ya kutoa fuwele moja bila mipaka. Kupima seli ndogo na cathode hii ya glasi moja kwa kiwango cha juu sana ilionyesha ongezeko la 25% la uhifadhi wa nishati kwa kila kitengo na hakuna hasara katika utendaji zaidi ya mizunguko 100 ya mtihani. Kwa kulinganisha, cathode za NMC zilizoundwa na fuwele moja-moja au polycrystals zilizofunikwa zilionyesha kushuka kwa uwezo wa 60% hadi 88% juu ya maisha hiyo hiyo.
Mahesabu ya kiwango cha atomiki yanaonyesha utaratibu wa upunguzaji wa uwezo wa cathode. Kulingana na Maria Chang, mtaalam wa kisayansi huko CNM, mipaka ina uwezekano mkubwa wa kupoteza atomi za oksijeni wakati betri inashtakiwa kuliko maeneo mbali nao. Upotezaji huu wa oksijeni husababisha uharibifu wa mzunguko wa seli.
"Mahesabu yetu yanaonyesha jinsi mpaka unaweza kusababisha oksijeni kutolewa kwa shinikizo kubwa, ambayo inaweza kusababisha utendaji kupunguzwa," Chan alisema.
Kuondoa mpaka huzuia mabadiliko ya oksijeni, na hivyo kuboresha usalama na utulivu wa mzunguko wa cathode. Vipimo vya mabadiliko ya oksijeni na APS na chanzo cha taa ya hali ya juu katika Lawrence Berkeley Maabara ya Kitaifa ya Amerika inathibitisha hitimisho hili.
"Sasa tunayo miongozo ambayo wazalishaji wa betri wanaweza kutumia kutengeneza vifaa vya cathode ambavyo havina mipaka na hufanya kazi kwa shinikizo kubwa," 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。""Miongozo inapaswa kutumika kwa vifaa vya cathode zaidi ya NMC."
Nakala kuhusu utafiti huu ilionekana katika jarida la Nature Energy. Mbali na Xu, Amin, Liu na Chang, waandishi wa Argonne ni Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, JunJing, Hhuing Hwang Du, na Zonghai Chen. Wanasayansi kutoka Lawrence Berkeley Maabara ya Kitaifa (Wanli Yang, Qingtian Li, na Zengqing Zhuo), Chuo Kikuu cha Xiamen (Jing-Jing Fan, Ling Huang na Shi-Gang Sun) na Chuo Kikuu cha Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng na Mingao Ouyang).
Kuhusu Kituo cha Argonne cha Nanomatadium Kituo cha Nanomatadium, moja ya vituo vitano vya Idara ya Nishati ya Nanotechnology, ni Taasisi ya Kitaifa ya Watumiaji ya Kitaifa ya Utafiti wa Nanoscale inayoungwa mkono na Ofisi ya Sayansi ya Idara ya Amerika. Kwa pamoja, NSRCs huunda Suite ya vifaa vya ziada ambavyo vinapeana watafiti uwezo wa hali ya juu wa kutengeneza, usindikaji, tabia, na mfano wa vifaa vya nanoscale na unawakilisha uwekezaji mkubwa wa miundombinu chini ya mpango wa kitaifa wa nanotechnology. NSRC iko katika Idara ya Maabara ya Kitaifa ya Nishati ya Amerika huko Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, na Los Alamos. Kwa habari zaidi juu ya NSRC DOE, tembelea https: // sayansi .Osti .gov/us er-f a c i lit ie s/us er-f a c i l ia ie s-kwa mtazamo.
Chanzo cha Photon cha Idara ya Nishati ya Amerika (APS) katika Maabara ya Kitaifa ya Argonne ni moja wapo ya vyanzo vyenye tija zaidi vya X-ray ulimwenguni. APS hutoa mionzi ya kiwango cha juu kwa jamii tofauti ya utafiti katika sayansi ya vifaa, kemia, fizikia ya mambo, maisha na sayansi ya mazingira, na utafiti uliotumika. Mionzi hii ni bora kwa kusoma vifaa na miundo ya kibaolojia, usambazaji wa vitu, kemikali, majimbo ya umeme na umeme, na mifumo muhimu ya uhandisi ya kila aina, kutoka betri hadi nozzles za sindano, ambazo ni muhimu kwa uchumi wetu wa kitaifa, teknolojia. na mwili msingi wa afya. Kila mwaka, watafiti zaidi ya 5,000 hutumia APS kuchapisha machapisho zaidi ya 2000 yanayoelezea uvumbuzi muhimu na kutatua miundo muhimu zaidi ya protini ya kibaolojia kuliko watumiaji wa kituo chochote cha utafiti cha X-ray. Wanasayansi na wahandisi wa APS wanatumia teknolojia za ubunifu ambazo ndio msingi wa kuboresha utendaji wa viboreshaji na vyanzo vya taa. Hii ni pamoja na vifaa vya pembejeo ambavyo vinazalisha X-rays mkali sana na watafiti, lensi ambazo zinalenga X-rays chini ya nanometers chache, vyombo ambavyo vinakuza njia X-rays huingiliana na sampuli iliyo chini ya masomo, na ukusanyaji na usimamizi wa utafiti wa uvumbuzi wa APS hutoa idadi kubwa ya data.
Utafiti huu ulitumia rasilimali kutoka kwa Advanced Photon Source, Idara ya Nishati ya Amerika ya Kituo cha Watumiaji cha Sayansi inayoendeshwa na Maabara ya Kitaifa ya Argonne kwa Idara ya Nishati ya Amerika ya Sayansi chini ya nambari ya DE-AC02-06CH11357.
Maabara ya Kitaifa ya Argonne inajitahidi kutatua shida kubwa za sayansi ya ndani na teknolojia. Kama maabara ya kwanza ya kitaifa nchini Merika, Argonne hufanya utafiti wa msingi na uliotumika katika kila nidhamu ya kisayansi. Watafiti wa Argonne hufanya kazi kwa karibu na watafiti kutoka mamia ya kampuni, vyuo vikuu, na mashirika ya shirikisho, serikali, na manispaa kuwasaidia kutatua shida maalum, kuendeleza uongozi wa kisayansi wa Amerika, na kuandaa taifa kwa siku zijazo bora. Argonne anaajiri wafanyikazi kutoka nchi zaidi ya 60 na inaendeshwa na Uchicago Argonne, LLC wa Ofisi ya Sayansi ya Idara ya Nishati ya Amerika.
Ofisi ya Sayansi ya Idara ya Nishati ya Amerika ndio sehemu kubwa zaidi ya kitaifa ya utafiti wa kimsingi katika sayansi ya mwili, inafanya kazi kushughulikia maswala kadhaa ya wakati wetu. Kwa habari zaidi, tembelea https: // nishati .gov/sayansi ya sayansi.