Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) Argonne Nemzeti Laboratóriumának kutatói hosszú történelemmel rendelkeznek úttörő felfedezésekkel a lítium-ion akkumulátorok területén. Ezen eredmények közül sok az akkumulátor katódra, az úgynevezett NMC, nikkel -mangán és kobalt -oxid. Egy akkumulátor ezzel a katóddal most táplálja a Chevrolet csavart.
Az Argonne kutatói újabb áttörést értek el az NMC katódokban. A csapat új, apró katód részecskeszerkezete tartósabbá és biztonságosabbá teheti az akkumulátort, képes nagyon nagy feszültséggel működni és hosszabb utazási tartományokat biztosítani.
„Most már útmutatásunk van arra, hogy az akkumulátorgyártók felhasználhatják a nagynyomású, határ nélküli katód anyagok készítését”-Khalil Amin, az Argonne emeritus társa.
"A meglévő NMC katódok jelentős akadályt jelentenek a nagyfeszültségű munkákhoz" - mondta Guiliang Xu kémikus. A töltés-ürítő ciklus esetén a teljesítmény gyorsan csökken a katód részecskék repedéseinek kialakulása miatt. Az akkumulátorkutatók évtizedek óta keresik a repedések kijavításának lehetőségeit.
Az egyik módszer a múltban apró gömb alakú részecskéket használt, amelyek sokkal kisebb részecskékből álltak. A nagy gömb alakú részecskék polikristályos, különféle orientációk kristályos doménjei. Ennek eredményeként megvannak, amit a tudósok a részecskék közötti gabonahatároknak hívnak, ami az akkumulátor repedését egy ciklus során. Ennek megakadályozása érdekében az Xu és az Argonne kollégái korábban védekező polimer bevonatot fejlesztettek ki az egyes részecskék körül. Ez a bevonat a nagy gömb alakú részecskéket és a kisebb részecskéket veszi körül.
Az ilyen típusú repedések elkerülésének másik módja az egykristályos részecskék használata. Ezen részecskék elektronmikroszkópos vizsgálata azt mutatta, hogy nincs határuk.
A csapat problémája az volt, hogy a bevont polikristályokból és az egykristályokból készült katódok még mindig repedtek a kerékpározás során. Ezért ezeknek a katód -anyagoknak az Advanced Photon Source (APS) és a Nanoanyagok Központjában (CNM) széles körű elemzést végeztek az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Argonne Tudományos Központjában.
Különböző röntgen-elemzéseket végeztünk öt APS-karon (11 bm, 20 bm, 2-ID-D, 11-ID-C és 34-ID-E). Kiderült, hogy az, amit a tudósok szerint egyetlen kristálynak gondoltak, amint azt az elektron és a röntgenmikroszkópia mutatja, valójában egy határ volt. A CNM -ek szkennelése és transzmissziós elektronmikroszkópos vizsgálata megerősítette ezt a következtetést.
"Amikor megvizsgáltuk ezen részecskék felületi morfológiáját, úgy néztek ki, mint egykristályok" - mondta Wenjun Liu fizikus. 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。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 我们发现边界隐藏在内部。 â� <但是 ， ， 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 ， ， 发现 边界 边界 隐藏 在。 在。 在。 在。 在。 在。 在。 在。 射线 显微镜 的"Amikor azonban a Synchrotron röntgendiffrakciós mikroszkópos és más technikákat használtunk az APS-nél, úgy találtuk, hogy a határok belül rejtettek."
Fontos szempont, hogy a csapat kifejlesztett egy módszert az egykristályok határok nélkül történő előállításához. A kis sejtek tesztelése ezzel az egykristályos katód nagyon nagy feszültséggel az energiatárolás 25% -os növekedését mutatta az egységenkénti térfogatonként, gyakorlatilag a 100 tesztciklus feletti teljesítményveszteség nélkül. Ezzel szemben az NMC katódok több interfész egy kristályból vagy bevont polikristályokból álltak, és ugyanazon élettartam alatt 60–88% -os kapacitáscsökkenést mutattak.
Az atom skála számításai feltárják a katód kapacitás csökkentésének mechanizmusát. Maria Chang, a CNM nanokciórésze szerint a határok nagyobb valószínűséggel veszítik el az oxigénatomokat, amikor az akkumulátort felszámítják, mint a tőlük távolabb. Az oxigén elvesztése a sejtciklus lebomlásához vezet.
"Számításaink azt mutatják, hogy a határ hogyan vezethet az oxigén nagynyomású felszabadulásához, ami csökkent teljesítményhez vezethet" - mondta Chan.
A határ kiküszöbölése megakadályozza az oxigén evolúcióját, ezáltal javítva a katód biztonságát és ciklikus stabilitását. Az oxigén evolúciós mérések APS -vel és fejlett fényforrás az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumán, a Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumban megerősítik ezt a következtetést.
"Most vannak olyan iránymutatások, amelyeket az akkumulátorgyártók használhatnak olyan katód anyagok készítésére, amelyek nincsenek határokkal és nagy nyomáson működjenek" - mondta Khalil Amin, az Argonne emeritus társa. â� <该指南应适用于 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 该指南应适用于 nmc 以外的其他正极材料。 ""Az iránymutatásokat az NMC -től eltérő katód anyagokra kell alkalmazni."
A tanulmányról szóló cikk megjelent a Nature Energy folyóiratban. A Xu, Amin, Liu és Chang mellett az Argonne szerzők 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, Tao, Tao, Tao, Tao, Tao, Tao, Tao Zho, Chengjun Sun, Taali, Yang Ren, Wenqian, Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Suni, Yang Ren, Yang Ren, Wenqian Zho Zonghai Chen. A Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratórium (Wanli Yang, Qingtian Li és Zengqing Zhuo), a Xiamen Egyetem (Jing-Jing Fan, Ling Huang és Shi-Gang Sun) és a Tsinghua Egyetem (Dongsheng Ren, Xuning Feng és Mingao Ouyang) tudósai.
Az Argonne Nanoanyagok Központjáról A Nanoanyagok Központja, az Egyesült Államok Nanotechnológiai Kutatóközpontjainak öt egyikének egyike az interdiszciplináris nanoméretű kutatás legfontosabb nemzeti felhasználói intézménye, amelyet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának tudományi hivatala támogat. Az NSRC-k együttesen komplementer létesítményeket képeznek, amelyek a kutatók számára a legmodernebb képességeket biztosítják a nanoméretű anyagok gyártásához, feldolgozásához, jellemzéséhez és modellezéséhez, és képviselik a legnagyobb infrastrukturális beruházást a Nemzeti Nanotechnológiai Kezdeményezés alatt. Az NSRC az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumában található, Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia és Los Alamos. Az NSRC DOE-vel kapcsolatos további információkért látogasson el a https: // science .OSti .gov/us er-f a c lit ie s/us er-re-f a c i l-re, azaz, azaz, az, a -a pillantásra.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának fejlett fotonforrása (APS) az Argonne Nemzeti Laboratóriumban a világ egyik legtermékenyebb röntgenforrása. Az APS nagy intenzitású röntgenfelvételeket biztosít az anyagtudomány, a kémia, a kondenzált anyagfizika, az élettartam és a környezettudományok, valamint az alkalmazott kutatások sokszínű kutatási közösségének. Ezek a röntgensugárok ideálisak az anyagok és a biológiai struktúrák tanulmányozásához, az elemek eloszlásához, a kémiai, mágneses és elektronikus állapotokhoz, valamint technikailag fontos műszaki rendszerekhez, az akkumulátoroktól az üzemanyag-befecskendező fúvókákig, amelyek létfontosságúak a nemzetgazdaságunk, a technológia szempontjából. és test az egészség alapja. Évente több mint 5000 kutató használja az APS-t több mint 2000 publikáció közzétételére, amelyek részletezik a fontos felfedezéseket és a fontos biológiai fehérjeszerkezetek megoldását, mint bármely más röntgen kutató központ felhasználói. Az APS tudósok és mérnökök innovatív technológiákat hajtanak végre, amelyek alapja a gyorsítók és a fényforrások teljesítményének javításának. Ide tartoznak olyan bemeneti eszközök, amelyek rendkívül fényes röntgenfelvételeket termelnek, amelyeket a kutatók nagyra értékelnek, olyan lencséket, amelyek a röntgenfelvételeket néhány nanométerre fókuszálják, olyan eszközöket, amelyek maximalizálják a röntgenfelvételek kölcsönhatását a vizsgált mintával, és az APS Discoveries kutatásainak gyűjtése és kezelése óriási adatmennyiséget generál.
Ez a tanulmány az Advanced Photon Source, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Felhasználói Központjának erőforrásait használta fel, amelyeket az Argonne Nemzeti Laboratórium működtetett az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának, a DE-AC02-06CH11357 szerződéses száma alatt.
Az Argonne Nemzeti Laboratórium arra törekszik, hogy megoldja a hazai tudomány és a technológia sürgető problémáit. Az Egyesült Államokban az első nemzeti laboratóriumként az Argonne gyakorlatilag minden tudományos tudományágban elvégzi az élvonalbeli alap- és alkalmazott kutatásokat. Az argonne kutatói szorosan együttműködnek több száz vállalat, egyetem és szövetségi, állami és önkormányzati ügynökség kutatóival, hogy segítsék őket a konkrét problémák megoldásában, az amerikai tudományos vezetés előmozdításában és a nemzet jobb jövő érdekében történő felkészítésében. Az Argonne több mint 60 országból foglalkoztatott alkalmazottakat foglalkoztat, és az Uchicago Argonne, az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának tudományos hivatalának LLC üzemelteti.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos Irodája a nemzet legnagyobb alapkutatása a fizikai tudományokban, és korunk legsürgetőbb kérdéseinek kezelésére törekszik. További információkért látogasson el a https: // energia .gov/science ience webhelyre.