Tha eachdraidh fhada aig luchd-rannsachaidh aig Saotharlann Nàiseanta Argonne Roinn Cumhachd na SA (DOE) de lorgaidhean adhartach ann an raon bataraidhean lithium-ion. Tha mòran de na toraidhean sin airson catod bataraidh, ris an canar NMC, nicil manganese agus cobalt oxide. Tha bataraidh leis a’ chatóid seo a-nis a’ toirt cumhachd don Chevrolet Bolt.
Tha luchd-rannsachaidh Argonne air adhartas eile a choileanadh ann an cathodes NMC. Dh’ fhaodadh structar mìrean catod beag bìodach na sgioba am bataraidh a dhèanamh nas seasmhaiche agus nas sàbhailte, comasach air obrachadh aig bholtaids fìor àrd agus raointean siubhail nas fhaide a sholarachadh.
“Tha stiùireadh againn a-nis a dh’ fhaodas luchd-saothrachaidh bataraidh a chleachdadh gus stuthan catod le cuideam àrd, gun chrìoch a dhèanamh, ”thuirt Khalil Amin, Caidreachas Emeritus Argonne.
“Tha cathodes NMC a th’ ann mar-thà nan cnap-starra mòr airson obair bholtachd àrd, ”thuirt an neach-chungaidhean-leigheis Guiliang Xu. Le rothaireachd cosgais-sgaoilidh, bidh coileanadh a’ tuiteam gu luath mar thoradh air sgàinidhean a chruthachadh anns na gràinean catod. Airson deicheadan, tha luchd-rannsachaidh bataraidh air a bhith a’ coimhead airson dòighean air na sgàinidhean sin a chàradh.
Bha aon dòigh san àm a dh'fhalbh a 'cleachdadh mìrean beaga spherical air an dèanamh suas de mhòran mòran nas lugha. Tha mìrean mòra spherical polycrystalline, le raointean criostalach de dhiofar stiùiridhean. Mar thoradh air an sin, tha na tha luchd-saidheans aca a 'gairm crìochan gràin eadar mìrean, a dh' fhaodadh gum bi am bataraidh a 'sgàineadh rè cuairt. Gus casg a chuir air seo, bha co-obraichean Xu agus Argonne air còmhdach polymer dìon a leasachadh timcheall air gach gràin. Bidh an còmhdach seo a’ cuairteachadh mìrean mòra spherical agus mìrean nas lugha annta.
Is e dòigh eile air an seòrsa sgàineadh seo a sheachnadh a bhith a’ cleachdadh gràineanan criostail singilte. Sheall miocroscop dealanach de na gràinean sin nach eil crìochan aca.
B’ e an duilgheadas don sgioba gun robh catodes air an dèanamh le polycrystals còmhdaichte agus criostalan singilte fhathast a’ sgàineadh aig àm rothaireachd. Mar sin, rinn iad mion-sgrùdadh farsaing air na stuthan catod sin aig an Stòr Photon Adhartach (APS) agus an Ionad airson Nano-stuthan (CNM) aig Ionad Saidheans Argonne Roinn Cumhachd na SA.
Chaidh diofar sgrùdaidhean x-ray a dhèanamh air còig gàirdeanan APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C agus 34-ID-E). Tha e a 'tionndadh a-mach gun robh crìoch taobh a-staigh na bha luchd-saidheans a' smaoineachadh a bha mar aon chriostail, mar a chithear le microscopy dealanach agus X-ray. Dhaingnich miocroscopaidh dealanach sganadh agus tar-chuir de CNM an co-dhùnadh seo.
“Nuair a choimhead sinn air morf-eòlas uachdar nam mìrean sin, bha iad a’ coimhead coltach ri criostalan singilte, ”thuirt am fiosaig 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圓,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 的技术劶现边界 隐藏 在。”“Ach, nuair a chleachd sinn dòigh-obrach ris an canar microscopaidh sgaoilidh X-ray synchrotron agus dòighean eile aig APS, lorg sinn gu robh na crìochan falaichte a-staigh.”
Gu cudromach, tha an sgioba air dòigh a leasachadh gus criostalan singilte a thoirt gu buil gun chrìochan. Sheall a bhith a’ dèanamh deuchainn air ceallan beaga leis a’ chatod aon-criostail seo aig bholtaids glè àrd àrdachadh de 25% ann an stòradh lùtha gach aonad meud le cha mhòr gun chall ann an coileanadh thairis air 100 cearcall deuchainn. An coimeas ri sin, sheall cathodes NMC air an dèanamh suas de chriostalan singilte ioma-eadar-aghaidh no polycrystals còmhdaichte tuiteam comas de 60% gu 88% thairis air an aon bheatha.
Tha àireamhachadh sgèile atamach a’ nochdadh an dòigh anns am bi lùghdachadh capacitance catod. A rèir Maria Chang, nano-eòlaiche aig CNM, tha crìochan nas dualtaiche dadaman ocsaidean a chall nuair a thèid am bataraidh a ghearradh na sgìrean nas fhaide air falbh bhuapa. Tha an call seo de ocsaidean a’ leantainn gu crìonadh ann an cearcall nan ceallan.
“Tha an àireamhachadh againn a’ sealltainn mar as urrainn don chrìoch leantainn gu ocsaidean a leigeil ma sgaoil aig cuideam àrd, a dh ’fhaodadh leantainn gu coileanadh nas ìsle," thuirt Chan.
Le bhith a’ cur às don chrìoch tha sin a’ cur casg air mean-fhàs ocsaidean, agus mar sin a’ leasachadh sàbhailteachd agus seasmhachd cuairteach an catod. Tha tomhas mean-fhàs ocsaidean le APS agus stòr solais adhartach aig Saotharlann Nàiseanta Lawrence Berkeley aig Roinn Cumhachd na SA a’ dearbhadh a’ cho-dhùnaidh seo.
“A-nis tha stiùireadh againn a dh’ fhaodas luchd-saothrachaidh bataraidh a chleachdadh gus stuthan catod a dhèanamh aig nach eil crìochan agus obrachadh le cuideam àrd, ”thuirt Khalil Amin, Caidreachas Emeritus Argonne. 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。"“Bu chòir stiùireadh a bhith a’ buntainn ri stuthan catod a bharrachd air NMC. ”
Nochd artaigil mun sgrùdadh seo anns an iris Nature Energy. A bharrachd air Xu, Amin, Liu agus Chang, is e na h-ùghdaran Argonne 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, agus Zonghai Chen. Luchd-saidheans bho Obair-lann Nàiseanta Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, agus Zengqing Zhuo), Oilthigh Xiamen (Jing-Jing Fan , Ling Huang agus Shi-Gang Sun) agus Oilthigh Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng agus Mingao Ouyang).
Mu Ionad Argonne airson Nano-stuthan Tha an t-Ionad airson Nano-stuthan, aon de chòig ionadan rannsachaidh nanicneòlas Roinn Cumhachd na SA, na phrìomh ionad luchd-cleachdaidh nàiseanta airson rannsachadh nanoscale eadar-chuspaireil le taic bho Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA. Còmhla, tha NSRCn a’ cruthachadh sreath de ghoireasan co-phàirteach a bheir comasan ùr-nodha do luchd-rannsachaidh airson a bhith a’ dèanamh, a’ giullachd, a’ comharrachadh agus a’ modaladh stuthan nanoscale agus a’ riochdachadh an tasgadh bun-structair as motha fon Iomairt Nanoteicneòlais Nàiseanta. Tha an NSRC suidhichte aig deuchainn-lannan nàiseanta Roinn Cumhachd na SA ann an Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, agus Los Alamos. Airson tuilleadh fiosrachaidh mun NSRC DOE, tadhail air https://science.osti​.gov/Us​er​-Fa c ilit ie s / Us er -Fa c il ie ie s - at -a.
Is e Stòr Photon Adhartach Roinn Cumhachd na SA (APS) aig Saotharlann Nàiseanta Argonne aon de na stòran X-ray as cinneasaiche san t-saoghal. Bidh APS a’ toirt seachad X-ghathan àrd-dian do choimhearsnachd rannsachaidh eadar-mheasgte ann an saidheans stuthan, ceimigeachd, fiosaig stuth dùmhail, saidheansan beatha agus àrainneachd, agus rannsachadh gnìomhaichte. Tha na X-ghathan sin air leth freagarrach airson a bhith a’ sgrùdadh stuthan agus structaran bith-eòlasach, cuairteachadh eileamaidean, stàitean ceimigeach, magnetach agus dealanach, agus siostaman innleadaireachd a tha cudromach gu teicnigeach de gach seòrsa, bho bataraidhean gu nozzles injector connaidh, a tha deatamach don eaconamaidh nàiseanta againn, teicneòlas . agus corp Bunait na slàinte. Gach bliadhna, bidh barrachd air luchd-rannsachaidh 5,000 a’ cleachdadh APS gus còrr air 2,000 foillseachadh fhoillseachadh a’ toirt mion-fhiosrachadh air lorgan cudromach agus a’ fuasgladh structaran pròtain bith-eòlasach nas cudromaiche na luchd-cleachdaidh ionad rannsachaidh X-ray sam bith eile. Tha luchd-saidheans agus innleadairean APS a’ cur an gnìomh teicneòlasan ùr-ghnàthach a tha nam bunait airson coileanadh luathadairean agus stòran solais a leasachadh. Tha seo a’ toirt a-steach innealan cuir a-steach a bheir a-mach X-ghathan fìor shoilleir a tha luachmhor le luchd-rannsachaidh, lionsan a tha ag amas air X-ghathan sìos gu beagan nanometers, ionnstramaidean a tha a’ meudachadh an dòigh anns a bheil X-ghathan ag eadar-obrachadh leis an sampall a tha fo sgrùdadh, agus cruinneachadh agus riaghladh lorgan APS. Tha rannsachadh a’ gineadh meudan mòra dàta.
Chleachd an sgrùdadh seo goireasan bho Advanced Photon Source, Ionad Luchd-cleachdaidh Oifis Saidheans Cumhachd Roinn na SA air a ruith le Saotharlann Nàiseanta Argonne airson Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA fo àireamh cùmhnant DE-AC02-06CH11357.
Bidh Saotharlann Nàiseanta Argonne a’ feuchainn ri fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan èiginneach ann an saidheans dachaigheil agus teicneòlas. Mar a’ chiad obair-lann nàiseanta anns na Stàitean Aonaichte, bidh Argonne a’ dèanamh rannsachadh bunaiteach agus gnìomhaichte anns cha mhòr a h-uile cuspair saidheansail. Bidh luchd-rannsachaidh Argonne ag obair gu dlùth le luchd-rannsachaidh bho na ceudan de chompanaidhean, oilthighean, agus buidhnean feadarail, stàite agus baile gus an cuideachadh le fuasgladh fhaighinn air duilgheadasan sònraichte, ceannardas saidheansail na SA adhartachadh, agus an dùthaich ullachadh airson àm ri teachd nas fheàrr. Tha Argonne a’ fastadh luchd-obrach bho barrachd air dùthchannan 60 agus tha e air a ruith le UChicago Argonne, LLC bho Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA.
Is e Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA an neach-taic as motha san dùthaich airson rannsachadh bunaiteach anns na saidheansan fiosaigeach, ag obair gus dèiligeadh ri cuid de na cùisean as cudromaiche den ùine againn. Airson tuilleadh fiosrachaidh, tadhail air https://energy.gov/scienceience.