USA energeetikaministeeriumi (DOE) Argonne'i riikliku labori teadlastel on liitium-ioonakude valdkonnas pikka aega teedrajavate avastuste ajalugu. Paljud neist tulemustest on mõeldud aku katoodile, mida nimetatakse NMC, nikkelmangaani ja koobaltoksiidiks. Selle katoodiga aku annab nüüd Chevroleti poldi.
Argonne'i teadlased on saavutanud veel ühe läbimurde NMC katoodides. Meeskonna uus pisike katoodiosakeste struktuur võib muuta aku vastupidavamaks ja ohutumaks, suudab töötada väga kõrgetel pingetel ja pakkuda pikemaid sõiduvahemikke.
"Meil on nüüd juhiseid, mida akutootjad saavad kasutada kõrgsurve, piirideta katoodmaterjalide valmistamiseks," Khalil Amin, Argonne'i kaasõpilane.
"Olemasolevad NMC katoodid pakuvad kõrge pinge töö jaoks suurt takistust," ütles assistent keemiku Guiliang Xu. Laengulahenduse tsükliga langeb jõudlus kiiresti katoodiosakeste pragude moodustumise tõttu. Aastakümneid on akuteadur otsinud võimalusi nende pragude parandamiseks.
Ühes minevikus kasutati pisikesi sfäärilisi osakesi, mis koosnesid paljudest palju väiksematest osakestest. Suured sfäärilised osakesed on polükristallilised, erineva orientatsiooniga kristalsed domeenid. Selle tulemusel on neil see, mida teadlased nimetavad osakeste vahel teraviljapiire, mis võib põhjustada aku pragunemist tsükli ajal. Selle vältimiseks olid Xu ja Argonne'i kolleegid varem välja töötanud iga osakese ümber kaitsev polümeerkatte. See kate ümbritseb suuri sfäärilisi osakesi ja väiksemaid osakesi.
Teine viis sellist tüüpi pragunemise vältimiseks on kasutada üksikute kristallide osakesi. Nende osakeste elektronmikroskoopia näitas, et neil pole piire.
Meeskonna probleem oli selles, et kattega kattega polükristallidest ja üksikkristallidest valmistatud katoodid olid tsükli ajal endiselt pragunenud. Seetõttu viisid nad nende katoodmaterjalide ulatusliku analüüsi läbi Advanced Photoni allika (APS) ja nanomaterjalide keskpunkti (CNM) USA energeetikaosakonna Argonne'i teaduskeskuses.
Viiel APS-relvadel viidi läbi mitmesuguseid röntgenikiirguse analüüse (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C ja 34-ID-E). Selgub, et teadlaste arvates oli üksikkristall, nagu näitas elektronide ja röntgenikiirguse mikroskoopia, tegelikult piiri sees. CNMS -i skaneerimine ja ülekandeelektronmikroskoopia kinnitas seda järeldust.
"Kui vaatasime nende osakeste pinna morfoloogiat, nägid nad välja nagu üksikud kristallid," ütles füüsik 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 使用 使用 使用 种 称为 称为 同步 加速器 加速器 加速器 射线 显微镜 的 技术 技术 和 其他 ， ， ， 我们 发现 边界 边界 隐藏 在。”"Kui aga kasutasime tehnikat nimega Synchrotron röntgendifraktsioonimikroskoopia ja muude APS-i tehnikaid, leidsime, et piirid olid peidetud sees."
Oluline on see, et meeskond on välja töötanud meetodi üksikute kristallide tootmiseks ilma piirideta. Selle ühekristalliga katoodiga väikeste rakkude testimine väga kõrgete pingetega näitas energia salvestamise suurenemist mahu ühiku suurenemise 25% -lise suurenemise korral, ilma et see praktiliselt ei kaotaks jõudluses üle 100 testtsükli. Seevastu mitmeliidesetest üksikkristallidest või kaetud polükristallidest koosnevad NMC katoodid näitasid sama eluea jooksul mahutavust 60% kuni 88%.
Aatomi skaala arvutused näitavad katoodi mahtuvuse vähendamise mehhanismi. CNM -i nanoteadlase Maria Changi sõnul kaotavad piirid tõenäolisemalt hapnikuaatomid, kui aku on laetud kui neist kaugemal asuvad alad. See hapnikukaotus põhjustab rakutsükli lagunemist.
"Meie arvutused näitavad, kuidas piir võib põhjustada hapniku vabanemise kõrgsurvega, mis võib viia jõudluse vähenemiseni," sõnas Chan.
Piiri kõrvaldamine takistab hapniku arengut, parandades seeläbi katoodi ohutust ja tsüklilist stabiilsust. Hapniku evolutsiooni mõõtmised APS -iga ja arenenud valgusallikas USA energeetikaministeeriumi Lawrence Berkeley riiklikus laboris kinnitavad seda järeldust.
"Nüüd on meil juhised, mida akutootjad saavad kasutada katoodmaterjalide valmistamiseks, millel pole piire ja mis töötavad kõrge rõhu all," ütles Argonne'i kaasõpilane Khalil Amin. 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。”"Suunised tuleks kohaldada muude katoodmaterjalide kohta kui NMC."
Selle uuringu artikkel ilmus ajakirjas Nature Energy. Lisaks Xu, Amini, Liu ja Changile on argonne autorid Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, JUNJING DENG, INHUI, INHUI, INHUI, INHUI, INHUI. Zonghai Chen. Lawrence Berkeley riikliku labori (Wanli Yang, Qingtian Li ja Zengqing Zhuo) teadlased, Xiameni ülikool (Jing-Jingi fänn, Ling Huang ja Shi-Gang Sun) ja Tsinghua ülikool (Dongsheng Ren, Xuning Feng ja Mingao Ouyang).
Argonne nanomaterjalide keskuse kohta on nanomaterjalide keskus, üks viiest USA energeetikaministeeriumi nanotehnoloogia uurimiskeskusest, peamine interdistsiplinaarse nanomõõtme uurimistöö riiklik kasutajainstitutsioon, mida toetab USA energeetika osakonna teadusosakond. NSRC-d moodustavad koos täiendavate rajatiste komplekti, mis pakub teadlastele nanoskaala materjalide valmistamiseks, töötlemiseks, iseloomustamiseks ja modelleerimiseks ning esindavad riikliku nanotehnoloogia algatuse raames suurimat infrastruktuuri investeeringut. NSRC asub USA energeetikaosakonna riiklikus laborites Argonne'is, Brookhavenis, Lawrence Berkeleys, Oak Ridge'is, Sandias ja Los Alamos. Lisateavet NSRC DOE kohta leiate veebisaidilt https: // Science .osti .ov/us er-f a c i valgustatud st ie s/us er-f a c c i l it st ie s-at-a.
Argonne'i riikliku laboratooriumi USA energeetikaosakonna arenenud footoniallikas (APS) on üks produktiivsemaid röntgenikiirgusallikaid maailmas. APS pakub kõrge intensiivsusega röntgenikiirguse mitmekesisele teadusringkonnale materjaliteaduse, keemia, kondenseerunud aine füüsika, elu- ja keskkonnateaduste ning rakendusuuringute jaoks. Need röntgenikiirgused sobivad ideaalselt materjalide ja bioloogiliste struktuuride uurimiseks, elementide, keemiliste, magnetiliste ja elektrooniliste olekute jaotuse ning igasuguste tehniliselt oluliste insenerisüsteemide, alates akudest kuni meie rahvamajanduse tehnoloogia jaoks üliolulised kütusele toota. ja keha tervise alus. Igal aastal kasutab enam kui 5000 teadlast AP-sid enam kui 2000 väljaande avaldamiseks, milles kirjeldatakse olulisi avastusi ja lahendada olulisemaid bioloogilisi valgustruktuure kui ühegi teise röntgenikiirguse uurimiskeskuse kasutajad. APS -i teadlased ja insenerid rakendavad uuenduslikke tehnoloogiaid, mis on aluseks kiirendite ja valgusallikate jõudluse parandamiseks. See hõlmab sisendseadmeid, mis toodavad teadlaste poolt hinnatud äärmiselt eredaid röntgenikiirte, läätsesid, mis keskenduvad röntgenikiirgusele mõnele nanomeetrini, instrumentidele, mis maksimeerivad selle viisi, kuidas röntgenikiirte interakteeruvad uuritava valimiga, ning APS-i avastuste uurimine ja haldamine tekitab tohutuid andmemahtu.
Selles uuringus kasutati USA energeetika osakonna kasutajakeskuse Advanced Photon Source'i ressursse, mida haldab USA teadusministeeriumi riikliku laboratooriumi laboratoorium lepingute numbri DE-AC02-06CH11357 alusel.
Argonne'i riiklik labor püüab lahendada kodumaise teaduse ja tehnoloogia pakilisi probleeme. Ameerika Ühendriikide esimese riikliku laboratooriumina viib Argonne läbi tipptasemel põhi- ja rakendusuuringuid praktiliselt igas teaduslikus distsipliinis. Argonne'i teadlased teevad tihedat koostööd sadade ettevõtete, ülikoolide ning föderaalsete, osariikide ja munitsipaal -agentuuride teadlastega, et aidata neil lahendada konkreetseid probleeme, edendada USA teaduslikku juhtimist ja valmistada rahva paremaks tulevikuks. Argonne võtab tööle töötajaid enam kui 60 riigist ja teda haldab Uchicago Argonne, LLC USA teadusministeeriumi büroos.
USA energeetikaministeeriumi teaduse büroo on rahva suurim alusuuringute pooldaja füüsilistes teadustes, töötades meie aja kõige pakilisemate teemadega. Lisateabe saamiseks külastage veebisaiti https: // energia .gov/teadus ience.