Tha eachdraidh fhada aig luchd-rannsachaidh aig Saotharlann Nàiseanta Argonne aig Roinn Cumhachd nan Stàitean Aonaichte (DOE) de lorg ùr-ghnàthach ann an raon bataraidhean lithium-ion. Tha mòran de na toraidhean sin airson catod a’ bhataraidh, ris an canar NMC, nicil manganese agus cobalt oxide. Tha bataraidh leis a’ chatod seo a-nis a’ toirt cumhachd don Chevrolet Bolt.
Tha luchd-rannsachaidh Argonne air adhartas eile a dhèanamh ann an catodan NMC. Dh’ fhaodadh structar mìrean beaga catode ùr na sgioba am bataraidh a dhèanamh nas seasmhaiche agus nas sàbhailte, comasach air obrachadh aig bholtaids glè àrd agus raointean siubhail nas fhaide a thoirt seachad.
“Tha stiùireadh againn a-nis as urrainn do luchd-saothrachaidh bataraidhean a chleachdadh gus stuthan catod gun chrìoch, fo chuideam àrd a dhèanamh," thuirt Khalil Amin, Com-pàirtiche Emeritus Argonne.
“Tha cathodan NMC a th’ ann mar-thà nan cnap-starra mòr airson obair bholtaids àrd," thuirt an leas-cheimigear Guiliang Xu. Le cearcall cosgais-sgaoilidh, bidh coileanadh a’ tuiteam gu luath air sgàth cruthachadh sgàinidhean anns na mìrean catod. Airson deicheadan, tha luchd-rannsachaidh bataraidh air a bhith a’ coimhead airson dhòighean air na sgàinidhean sin a chàradh.
Bha aon dhòigh san àm a dh’fhalbh a’ cleachdadh mìrean beaga cruinn air an dèanamh suas de mhòran ghràinean mòran nas lugha. Tha mìrean mòra cruinn ioma-chriostalach, le raointean criostalach de dhiofar stiùiridhean. Mar thoradh air an sin, tha crìochan gràin aca eadar na mìrean, ris an can luchd-saidheans, agus faodaidh seo adhbhrachadh gum bi am bataraidh a’ sgàineadh rè cearcall. Gus casg a chuir air seo, bha co-obraichean Xu agus Argonne air còmhdach dìon poileimeir a leasachadh roimhe seo timcheall air gach gràin. Tha an còmhdach seo a’ cuairteachadh mìrean mòra cruinn agus mìrean nas lugha annta.
Is e dòigh eile air an seòrsa sgàineadh seo a sheachnadh mìrean criostail singilte a chleachdadh. Sheall maicreasgopaidh dealanach nan mìrean sin nach eil crìochan aca.
B’ e an duilgheadas a bh’ aig an sgioba gun robh catodan air an dèanamh bho phoileacriostalan còmhdaichte agus criostalan singilte fhathast a’ sgàineadh rè rothaireachd. Mar sin, rinn iad mion-sgrùdadh farsaing air na stuthan catode seo aig an Advanced Photon Source (APS) agus an Center for Nanomaterials (CNM) aig Ionad Saidheans Argonne aig Roinn Cumhachd nan SA.
Rinneadh diofar mhion-sgrùdaidhean ghathan-x air còig gàirdeanan APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C agus 34-ID-E). Tha e a’ tionndadh a-mach, mar a chithear le maicreasgopaidh dealanach agus ghathan-x, gu robh crìoch a-staigh ann an rud a bha luchd-saidheans den bheachd a bha na chriostal singilte. Dhearbh maicreasgopaidh sganaidh agus maicreasgopaidh dealanach tar-chuir de CNMan a’ cho-dhùnadh seo.
“Nuair a choimhead sinn air morf-eòlas uachdar nam mìrean sin, bha iad coltach ri criostalan singilte," thuirt am fiosaigiche Wenjun Liu. 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 显微镜的技术加速器 x射线 显微镜的技术我们 发现边界 隐藏 在。"“Ach, nuair a chleachd sinn dòigh-obrach ris an canar microscopaidh diffraction X-ghath sioncrotron agus dòighean-obrach eile aig APS, fhuair sinn a-mach gu robh na crìochan falaichte a-staigh.”
Gu cudromach, tha an sgioba air dòigh a leasachadh airson criostalan singilte a dhèanamh gun chrìochan. Sheall deuchainnean air ceallan beaga leis a’ chatod singilte-chriostail seo aig bholtaids glè àrd àrdachadh 25% ann an stòradh lùtha gach aonad meud gun cha mhòr call sam bith ann an coileanadh thairis air 100 cearcall deuchainn. An coimeas ri sin, sheall catodan NMC air an dèanamh suas de chriostalan singilte ioma-eadar-aghaidh no poileacriostalan còmhdaichte tuiteam comas de 60% gu 88% thairis air an aon bheatha.
Tha àireamhachadh sgèile atamach a’ nochdadh mar a lùghdaicheas comas 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 raointean nas fhaide air falbh bhuapa. Bidh an call ocsaidean seo ag adhbhrachadh crìonadh cearcall na cealla.
“Tha na h-àireamhachadh againn a’ sealltainn mar a dh’ fhaodadh a’ chrìoch leantainn gu ocsaidean ga leigeil ma sgaoil aig cuideam àrd, agus dh’ fhaodadh sin leantainn gu coileanadh nas ìsle," thuirt Chan.
Le bhith a’ cuir às don chrìoch, bidh casg air sgaoileadh ocsaidean, agus mar sin a’ leasachadh sàbhailteachd agus seasmhachd cearcallach a’ chatòid. Tha tomhais air sgaoileadh ocsaidean le APS agus stòr solais adhartach aig Laboratory Nàiseanta Lawrence Berkeley aig Roinn Cumhachd nan Stàitean Aonaichte a’ dearbhadh a’ cho-dhùnaidh seo.
“A-nis tha stiùiridhean againn as urrainn do luchd-saothrachaidh bataraidhean a chleachdadh gus stuthan catod a dhèanamh aig nach eil crìochan agus a bhios ag obair fo chuideam àrd," thuirt 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。"“Bu chòir stiùiridhean a bhith buntainneach 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 Hwhaio, Chengjun Zhao, Tae Zhou, Chengjun Sun, Chengjun Sun. 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 Nano-stuthan Argonne ’S e Ionad nan Nano-stuthan, aon de chòig ionadan rannsachaidh nano-theicneòlais Roinn Lùtha nan SA, am prìomh ionad luchd-cleachdaidh nàiseanta airson rannsachadh nano-sgèile eadar-chuspaireil le taic bho Oifis Saidheans Roinn Lùtha nan SA. Còmhla, tha NSRCan a’ cruthachadh sreath de ghoireasan co-phàirteach a bheir comasan ùr-nodha do luchd-rannsachaidh airson stuthan nano-sgèile a dhèanamh, a phròiseasadh, a chomharrachadh agus a mhodaladh agus tha iad a’ riochdachadh an tasgadh bun-structair as motha fo Iomairt Nàiseanta nan Nano-theicneòlais. Tha an NSRC suidhichte aig deuchainn-lannan Nàiseanta Roinn Lùtha nan 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/User-Fac ilit ie s/ User-Fac i l it ie ie s-at-a Glance.
’S e Stòr Foton Adhartach (APS) Roinn Cumhachd nan Stàitean Aonaichte aig Argonne National Laboratory aon de na stòran X-ghathan as torraiche san t-saoghal. Bidh APS a’ toirt seachad ghathan-X àrd-dian do choimhearsnachd rannsachaidh eadar-mheasgte ann an saidheans stuthan, ceimigeachd, fiosaig stuth co-dhlùthaichte, saidheansan beatha is àrainneachd, agus rannsachadh gnìomhaichte. Tha na ghathan-X seo air leth freagarrach airson stuthan agus structaran bith-eòlasach a sgrùdadh, sgaoileadh eileamaidean, staidean ceimigeach, magnetach agus dealanach, agus siostaman innleadaireachd cudromach gu teicnigeach de gach seòrsa, bho bataraidhean gu ceann-stealladh connaidh, a tha deatamach don eaconamaidh nàiseanta againn, teicneòlas agus corp. Bunait na slàinte. Gach bliadhna, bidh còrr is 5,000 neach-rannsachaidh a’ cleachdadh APS gus còrr is 2,000 foillseachadh fhoillseachadh a’ mìneachadh lorgan cudromach agus a’ fuasgladh structaran pròtain bith-eòlasach nas cudromaiche na luchd-cleachdaidh ionad rannsachaidh X-ghathan sam bith eile. Tha luchd-saidheans agus innleadairean APS a’ cur an gnìomh teicneòlasan ùr-ghnàthach a tha nam bunait airson coileanadh luathaichean agus stòran solais a leasachadh. Tha seo a’ gabhail a-steach innealan cuir-a-steach a bhios a’ dèanamh ghathan-X air leth soilleir air a bheil luchd-rannsachaidh a’ cur luach mòr, lionsan a bhios a’ cur fòcas air ghathan-X sìos gu beagan nanomeatairean, ionnstramaidean a bhios a’ meudachadh an dòigh anns a bheil ghathan-X ag eadar-obrachadh leis an sampall fo sgrùdadh, agus cruinneachadh is riaghladh lorgan APS. Bidh rannsachadh a’ gineadh meudan mòra dàta.
Chleachd an sgrùdadh seo goireasan bho Advanced Photon Source, Ionad Cleachdaiche Oifis Saidheans Roinn Lùtha nan Stàitean Aonaichte air a ruith le Argonne National Laboratory airson Oifis Saidheans Roinn Lùtha nan Stàitean Aonaichte fo àireamh cùmhnant DE-AC02-06CH11357.
Tha Saotharlann Nàiseanta Argonne a’ strì ri fuasgladh fhaighinn air na duilgheadasan èiginneach a tha an lùib saidheans is teicneòlais dachaigheil. Mar a’ chiad obair-lann nàiseanta anns na Stàitean Aonaichte, bidh Argonne a’ dèanamh rannsachadh bunaiteach is gnìomhaichte ùr-nodha anns cha mhòr a h-uile cuspair saidheansail. Bidh luchd-rannsachaidh Argonne ag obair gu dlùth le luchd-rannsachaidh bho cheudan de chompanaidhean, oilthighean, agus buidhnean feadarail, stàite is baile gus an cuideachadh le bhith a’ fuasgladh dhuilgheadasan sònraichte, a’ leasachadh ceannardas saidheansail na SA, agus ag ullachadh na dùthcha airson àm ri teachd nas fheàrr. Tha Argonne a’ fastadh luchd-obrach bho chòrr air 60 dùthaich agus tha e air a ruith le UChicago Argonne, LLC de Oifis Saidheans Roinn Cumhachd na SA.
’S e Oifis Saidheans Roinn Lùtha nan Stàitean Aonaichte am prìomh neach-taic san dùthaich airson rannsachadh bunaiteach anns na saidheansan fiosaigeach, ag obair gus dèiligeadh ri cuid de na cùisean as cudromaiche nar linn. Airson tuilleadh fiosrachaidh, tadhail air https://energy.gov/scienceience.