פארשער ביים אמעריקאנער דעפארטמענט פון ענערגיע'ס (DOE) ארגאן נאציאנאלע לאבאראטאריע האבן א לאנגע געשיכטע פון ​​פיאנערישע אויפדעקונגען אין דעם פעלד פון ליטיום-יאָן באטעריעס. אסאך פון די רעזולטאטן זענען פאר דער באטעריע קאטאד, גערופן NMC, ניקעל מאנגאן און קאבאלט אקסייד. א באטעריע מיט דעם קאטאד טראגט יעצט דעם שעווראלעט באלט.
אַרגאָן פֿאָרשער האָבן דערגרייכט נאָך אַ דורכברוך אין NMC קאַטאָודס. די מאַנשאַפֿט'ס נייע קליינע קאַטאָדע פּאַרטיקל סטרוקטור קען מאַכן די באַטאַרייע מער דויערהאפט און זיכערער, ​​קענען אַרבעטן ביי זייער הויכע וואָולטאַזשעס און צושטעלן לענגערע רייזע ריינדזשאַז.
"מיר האָבן איצט גיידליינז וואָס באַטאַרייע פאַבריקאַנטן קענען נוצן צו מאַכן הויך-דרוק, גרענעץ-לאָז קאַטאָדע מאַטעריאַלן," כאַליל אמין, אַרגאָן פעללאָו עמריטוס.
"עקזיסטירנדיקע NMC קאַטאָודעס שטעלן פאר א גרויסע שטערונג פאר הויך וואָולטאַזש אַרבעט," האט געזאגט אַסיסטאַנט כעמיקער גויליאַנג קסו. מיט אָפּלאָד-אָפּלאָדן ציקל, פאַלט די פאָרשטעלונג שנעל צוליב דער פאָרמירונג פון ריסן אין די קאַטאָדע פּאַרטיקלען. פאר יאָרצענדליקער, זוכן באַטעריע פאָרשער וועגן צו פאַרריכטן די ריסן.
איין מעטאָדע אין דער פאַרגאַנגענהייט האָט גענוצט קליינע ספערישע פּאַרטיקלען צוזאַמענגעשטעלט פון פילע פיל קלענערע פּאַרטיקלען. גרויסע ספערישע פּאַרטיקלען זענען פּאָליקריסטאַלין, מיט קריסטאַלינע דאָמעינען פון פאַרשידענע אָריענטאַציעס. דער רעזולטאַט איז, אַז זיי האָבן וואָס וויסנשאַפֿטלער רופן קערל גרענעצן צווישן פּאַרטיקלען, וואָס קען פאַראורזאַכן אַז די באַטאַרייע זאָל צעברעכן בעת ​​אַ ציקל. כּדי דאָס צו פאַרהיטן, האָבן די קאָלעגן פון קסו און אַרגאָנע פריער אַנטוויקלט אַ פּראַטעקטיוו פּאָלימער באַדעקונג אַרום יעדן פּאַרטיקל. די באַדעקונג אַרומרינגלט גרויסע ספערישע פּאַרטיקלען און קלענערע פּאַרטיקלען אין זיי.
נאך א וועג צו פארמיידן אזא סארט ריסן איז צו ניצן איינציקע קריסטאל טיילכלעך. עלעקטראן מיקראסקאפיע פון ​​די טיילכלעך האט געוויזן אז זיי האבן נישט קיין גרענעצן.
די פראבלעם פאר דער מאַנשאַפֿט איז געווען אַז קאַטאָודס געמאַכט פֿון באַדעקטע פּאָליקריסטאַלן און איינציקע קריסטאַלן האָבן נאָך אַלץ געריסן בעתן ציקלירן. דעריבער האָבן זיי דורכגעפֿירט אַן אויספֿירלעכע אַנאַליז פֿון די קאַטאָוד מאַטעריאַלן בײַם אַדוואַנסירטן פֿאָטאָן מקור (APS) און צענטער פֿאַר נאַנאָמאַטעריאַלן (CNM) בײַם אַרגאָן וויסנשאַפֿט צענטער פֿון דער יו. עס. ענערגיע דעפּאַרטמענט.
פארשידענע רנטגן אנאליזן זענען דורכגעפירט געווארן אויף פינף APS ארעמס (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C און 34-ID-E). עס שטעלט זיך ארויס אז וואס וויסנשאפטלער האבן געמיינט איז געווען אן איינציקער קריסטאל, ווי געוויזן דורך עלעקטראן און רנטגן מיקראסקאפיע, האט אין פאקט געהאט א גרענעץ אינעווייניג. סקענירן און טראנסמיסיע עלעקטראן מיקראסקאפיע פון ​​CNMs האט באשטעטיקט דעם אויספיר.
"ווען מיר האָבן געקוקט אויף דער ייבערפלאַך מאָרפאָלאָגיע פון ​​די פּאַרטיקלען, האָבן זיי אויסגעזען ווי איינציקע קריסטאַלן," האָט געזאָגט דער פיזיקער ווענזשון ליו. 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 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 家显微镜 口我们 发现 边界 隐藏 在。”"אָבער, ווען מיר האָבן גענוצט אַ טעכניק גערופן סינטשראָטראָן X-שטראַל דיפראַקציע מיקראָסקאָפּי און אַנדערע טעכניקן ביי APS, האָבן מיר געפֿונען אַז די גרענעצן זענען געווען באַהאַלטן אינעווייניק."
וויכטיג, די מאַנשאַפֿט האָט אַנטוויקלט אַ מעטאָד צו פּראָדוצירן איינציקע קריסטאַלן אָן גרענעצן. טעסטן קליינע צעלן מיט דעם איינציק-קריסטאַל קאַטאָדע ביי זייער הויכע וואָולטאַזשן האָט געוויזן אַ 25% פאַרגרעסערונג אין ענערגיע סטאָרידזש פּער איינהייט באַנד מיט כּמעט קיין אָנווער אין פאָרשטעלונג איבער 100 טעסט ציקלען. אין קאַנטראַסט, NMC קאַטאָודז צוזאַמענגעשטעלט פון מולטי-צופֿייס איינציקע קריסטאַלן אָדער באדעקטע פּאָליקריסטאַלן האָבן געוויזן אַ קאַפּאַציטעט קאַפּ פון 60% צו 88% איבער דער זעלביקער לעבן.
אטאמישע סקאַלע קאַלקולאַציעס אַנטפּלעקן דעם מעханіזם פון קאַטאָדע קאַפּאַסיטאַנס רעדוקציע. לויט מאַריאַ טשאַנג, אַ נאַנאָוויסנשאַפטלער ביי CNM, זענען גרענעצן מער מסתּמא צו פאַרלירן זויערשטאָף אַטאָמען ווען די באַטאַרייע איז טשאַרדזשד ווי געביטן ווייטער אַוועק פון זיי. דער אָנווער פון זויערשטאָף פירט צו דעגראַדאַציע פון ​​​​​​דעם צעל ציקל.
"אונדזערע חשבונות ווײַזן ווי די גרענעץ קען פירן צו זויערשטאָף וואָס ווערט באַפרייט בײַ הויכן דרוק, וואָס קען פירן צו פֿאַרמינדערטער פאָרשטעלונג," האָט טשאַן געזאָגט.
עלימינירן די גרענעץ פאַרהיט זויערשטאָף עוואָלוציע, דערמיט פֿאַרבעסערנדיק די זיכערקייט און ציקלישע פעסטקייט פֿון דער קאַטאָדע. זויערשטאָף עוואָלוציע מעסטונגען מיט APS און אַן אַוואַנסירטע ליכט מקור בײַם יו. עס. דעפּאַרטמענט פֿון ענערגיע'ס לאָראַנס בערקלי נאַציאָנאַלער לאַבאָראַטאָריע באַשטעטיקן דעם מסקנא.
"איצט האָבן מיר גיידליינז וואָס באַטאַרייע פאַבריקאַנטן קענען נוצן צו מאַכן קאַטאָדע מאַטעריאַלן וואָס האָבן קיין גרענעצן און אַרבעטן ביי הויך דרוק," האָט געזאָגט כאַליל אמין, אַרגאָן פעללאָו עמריטוס. 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。”"ריכטליניעס זאָלן זיך אָנווענדן צו קאַטאָדע מאַטעריאַלן אַנדערע ווי NMC."
אַן אַרטיקל וועגן דעם לערנען ארויס אין דער זשורנאַל Nature Energy. אין אַדישאַן צו זו, אַמין, ליו און טשאַנג, די אַרגאָנע מחברים זענען 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 Ming, Tao Zhou, ססיענטיסץ פון די לאָראַנס בערקלי נאַציאָנאַלער לאַבאָראַטאָריע (וואַנלי יאַנג, קינגטיאַן לי און זענגקינג זשואָ), קסיאַמען אוניווערסיטעט (דזשינג-דזשינג פאַן, לינג הואַנג און שי-גאַנג זון) און צינגהואַ אוניווערסיטעט (דאָנגשענג רען, קסונינג פענג און מינגאַאָ אָויאַנג).
וועגן דעם אַרגאָן צענטער פֿאַר נאַנאָמאַטעריאַלן דער צענטער פֿאַר נאַנאָמאַטעריאַלן, איינער פֿון פֿינף נאַנאָטעכנאָלאָגיע פֿאָרשונג צענטערס פֿונעם יו. עס. דעפּאַרטמענט פֿון ענערגיע, איז די פּרעמיער נאַציאָנאַלע באַניצער אינסטיטוציע פֿאַר אינטערדיסציפּלינאַרע נאַנאָסקאַלע פֿאָרשונג, געשטיצט דורך דעם יו. עס. דעפּאַרטמענט פֿון ענערגיע'ס אָפֿיס פֿון וויסנשאַפֿט. צוזאַמען, פֿאָרמען NSRCs אַ סוויט פֿון קאָמפּלעמענטאַרע פֿאַסיליטיעס וואָס צושטעלן פֿאָרשער מיט מאָדערנע מעגלעכקייטן פֿאַר פֿאַבריצירן, פּראַסעסירן, כאַראַקטעריזירן און מאָדעלירן נאַנאָסקאַלע מאַטעריאַלן און רעפּרעזענטירן די גרעסטע אינפֿראַסטרוקטור ינוועסטירונג אונטער דער נאַציאָנאַלער נאַנאָטעכנאָלאָגיע איניציאַטיוו. די NSRC איז לאָקירט אין די יו. עס. דעפּאַרטמענט פֿון ענערגיע נאַציאָנאַלע לאַבאָראַטאָריעס אין אַרגאָן, ברוקהאַוון, לאָראַנס בערקלי, אָוק רידזש, סאַנדיאַ און לאָס אַלאַמאָס. פֿאַר מער אינפֿאָרמאַציע וועגן דעם NSRC DOE, באַזוכט https://science.osti.gov/User-Fac ilit ie s/ User-Fac i l it ie ie s-at-a Glance.
די יו. עס. דעפּאַרטמענט פון ענערגיע'ס אַוואַנסירטע פאָטאָן מקור (APS) אין אַרגאָן נאַציאָנאַלער לאַבאָראַטאָריע איז איינע פון ​​די מערסט פּראָדוקטיווע X-שטראַלן קוועלער אין דער וועלט. APS גיט הויך-אינטענסיטעט X-שטראַלן צו אַ פֿאַרשיידענאַרטיקער פֿאָרשונג קהילה אין מאַטעריאַל וויסנשאַפֿט, כעמיע, קאָנדענסירטע מאַטעריע פֿיזיק, לעבן און סביבה וויסנשאַפֿטן, און אַפּליקירטע פֿאָרשונג. די X-שטראַלן זענען ידעאַל פֿאַר שטודירן מאַטעריאַלן און ביאָלאָגישע סטרוקטורן, די פֿאַרשפּרייטונג פֿון עלעמענטן, כעמישע, מאַגנעטישע און עלעקטראָנישע שטאַטן, און טעכניש וויכטיקע אינזשעניריע סיסטעמען פֿון אַלע מינים, פֿון באַטעריעס ביז ברענשטאָף ינדזשעקטאָר נאַזאַלז, וואָס זענען וויכטיק פֿאַר אונדזער נאַציאָנאַלער עקאָנאָמיע, טעכנאָלאָגיע און גוף. די באַזע פֿון געזונט. יעדעס יאָר נוצן מער ווי 5,000 פֿאָרשער APS צו פֿאַרעפֿנטלעכן מער ווי 2,000 פּובליקאַציעס וואָס דעטאַלירן וויכטיקע ענטדעקונגען און סאָלווען מער וויכטיקע ביאָלאָגישע פּראָטעין סטרוקטורן ווי באַניצער פֿון קיין אַנדער X-שטראַל פֿאָרשונג צענטער. APS וויסנשאַפֿטלער און אינזשענירן ימפּלעמענטירן ינאָוואַטיווע טעכנאָלאָגיעס וואָס זענען די באַזע פֿאַר פֿאַרבעסערן די פאָרשטעלונג פֿון אַקסעלעראַטאָרן און ליכט קוועלער. דאָס נעמט אַרײַן אינפוט דעוויסעס וואָס פּראָדוצירן גאָר העלע X-שטראַלן וואָס זענען געשעצט דורך פאָרשער, לענסעס וואָס פאָקוסירן X-שטראַלן ביז אַ פּאָר נאַנאָמעטער, אינסטרומענטן וואָס מאַקסאַמיזירן דעם וועג ווי X-שטראַלן ינטעראַקטירן מיטן מוסטער אונטער שטודיע, און די זאַמלונג און פאַרוואַלטונג פון APS ענטדעקונגען. פאָרשונג דזשענערירט ריזיקע דאַטן וואַליומז.
די שטודיע האט גענוצט רעסורסן פון עדווענסד פאָטאָן סאָרס, א יו. עס. דעפּאַרטמענט פון ענערגיע אָפיס פון וויסנשאַפֿט באַניצער צענטער אָפּערירט דורך אַרגאָן נאַציאָנאַלער לאַבאָראַטאָריע פֿאַר די יו. עס. דעפּאַרטמענט פון ענערגיע אָפיס פון וויסנשאַפֿט אונטער קאָנטראַקט נומער DE-AC02-06CH11357.
די אַרגאָן נאַציאָנאַלע לאַבאָראַטאָריע שטרעבט צו סאָלווען די דרינגענדיקע פּראָבלעמען פון אינלענדישע וויסנשאַפֿט און טעכנאָלאָגיע. אַלס די ערשטע נאַציאָנאַלע לאַבאָראַטאָריע אין די פאַראייניקטע שטאַטן, פירט אַרגאָן דורכשניטלעכע גרונטלעכע און אַפּליקירטע פאָרשונג אין כּמעט יעדער וויסנשאַפֿטלעכער דיסציפּלין. אַרגאָן פאָרשער אַרבעטן ענג מיט פאָרשער פון הונדערטער קאָמפּאַניעס, אוניווערסיטעטן און פעדעראלע, שטאַט און מוניציפּאַלע אַגענטורן צו העלפֿן זיי סאָלווען ספּעציפֿישע פּראָבלעמען, פֿאַרבעסערן די וויסנשאַפֿטלעכע פירערשאַפט פון די פאַראייניקטע שטאַטן און צוגרייטן די נאַציע פֿאַר אַ בעסערער צוקונפֿט. אַרגאָן באַשעפֿטיקט אַרבעטער פֿון איבער 60 לענדער און ווערט אָפּערירט דורך UChicago Argonne, LLC פֿון די אָפֿיס פֿון וויסנשאַפֿט פֿון די פאַראייניקטע שטאַטן דעפּאַרטמענט פֿון ענערגיע.
דאס אפיס פון וויסנשאפט פון די יו.עס. דעפארטמענט פון ענערגיע איז דער גרעסטער פארשטייער פון גרונטלעכע פארשונג אין די פיזישע וויסנשאפטן אין לאנד, און ארבעט צו אדרעסירן עטלעכע פון ​​די מערסט דרינגענדע פראבלעמען פון אונזער צייט. פאר מער אינפארמאציע, באזוכט https://energy.gov/scienceience.