Para peneliti ing Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) nduweni sejarah dawa babagan panemuan perintis ing babagan baterei lithium-ion. Akeh asil kasebut kanggo katoda baterei, sing diarani NMC, nikel mangan lan kobalt oksida. Baterai kanthi katoda iki saiki dadi daya kanggo Chevrolet Bolt.
Para peneliti Argonne wis nggayuh terobosan liyane ing katoda NMC. Struktur partikel katoda cilik anyar saka tim kasebut bisa nggawe baterei luwih awet lan luwih aman, bisa beroperasi ing voltase sing dhuwur banget lan nyedhiyakake jarak tempuh sing luwih dawa.
"Saiki kita duwe pandhuan sing bisa digunakake dening produsen baterei kanggo nggawe bahan katoda tekanan tinggi lan tanpa wates," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Katoda NMC sing wis ana dadi alangan utama kanggo kerja voltase dhuwur," ujare asisten kimiawan Guiliang Xu. Kanthi siklus muatan-pelepasan, kinerja mudhun kanthi cepet amarga pembentukan retakan ing partikel katoda. Sajrone pirang-pirang dekade, para peneliti baterei wis nggoleki cara kanggo ndandani retakan kasebut.
Salah sawijining cara ing jaman biyen nggunakake partikel bunder cilik sing kasusun saka akeh partikel sing luwih cilik. Partikel bunder gedhe iku polikristalin, kanthi domain kristal saka macem-macem orientasi. Akibate, dheweke duwe apa sing diarani para ilmuwan minangka wates butir antarane partikel, sing bisa nyebabake baterei retak sajrone siklus. Kanggo nyegah iki, kolega Xu lan Argonne sadurunge wis ngembangake lapisan polimer protèktif ing sekitar saben partikel. Lapisan iki ngubengi partikel bunder gedhe lan partikel cilik ing njero.
Cara liya kanggo nyegah retakan iki yaiku nggunakake partikel kristal tunggal. Mikroskopi elektron partikel-partikel iki nuduhake yen ora ana watese.
Masalah kanggo tim kasebut yaiku katoda sing digawe saka polikristal sing dilapisi lan kristal tunggal isih retak sajrone siklus. Mulane, dheweke nindakake analisis ekstensif babagan bahan katoda kasebut ing Advanced Photon Source (APS) lan Center for Nanomaterials (CNM) ing Argonne Science Center Departemen Energi AS.
Maneka warna analisis sinar-x ditindakake ing limang lengen APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C lan 34-ID-E). Jebul apa sing dianggep para ilmuwan minangka kristal tunggal, kaya sing dituduhake dening mikroskop elektron lan sinar-X, sejatine duwe wates ing njero. Mikroskopi elektron pindai lan transmisi CNM ngonfirmasi kesimpulan iki.
"Nalika kita ndeleng morfologi permukaan partikel-partikel iki, katon kaya kristal tunggal," ujare fisikawan 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 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 和 ，发现 边界 隐藏 在。”"Nanging, nalika kita nggunakake teknik sing diarani mikroskop difraksi sinar-X synchrotron lan teknik liyane ing APS, kita nemokake manawa wates-watese didhelikake ing njero."
Sing penting, tim kasebut wis ngembangake metode kanggo ngasilake kristal tunggal tanpa wates. Nguji sel cilik nganggo katoda kristal tunggal iki kanthi voltase sing dhuwur banget nuduhake peningkatan 25% ing panyimpenan energi saben unit volume kanthi meh ora ana kerugian kinerja sajrone 100 siklus uji. Kosok baline, katoda NMC sing kasusun saka kristal tunggal multi-antarmuka utawa polikristal sing dilapisi nuduhake penurunan kapasitas 60% nganti 88% sajrone umur sing padha.
Pitungan skala atom nuduhake mekanisme pangurangan kapasitansi katoda. Miturut Maria Chang, ahli nano ing CNM, wates luwih cenderung kelangan atom oksigen nalika baterei diisi daya tinimbang area sing luwih adoh saka wates kasebut. Mundhut oksigen iki nyebabake degradasi siklus sel.
"Petungan kita nuduhake kepiye wates kasebut bisa nyebabake oksigen dibebasake ing tekanan dhuwur, sing bisa nyebabake kinerja sing mudhun," ujare Chan.
Ngilangake wates kasebut nyegah evolusi oksigen, saengga ningkatake keamanan lan stabilitas siklik katoda. Pangukuran evolusi oksigen nganggo APS lan sumber cahya canggih ing Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley Departemen Energi AS ngonfirmasi kesimpulan iki.
"Saiki kita duwe pedoman sing bisa digunakake produsen baterei kanggo nggawe bahan katoda sing ora ana watese lan beroperasi ing tekanan dhuwur," ujare 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。”"Pandhuan kudu ditrapake kanggo bahan katoda liyane kajaba NMC."
Artikel babagan panaliten iki muncul ing jurnal Nature Energy. Saliyane Xu, Amin, Liu lan Chang, penulis Argonne yaiku 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, lan Zonghai. Ilmuwan saka Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, lan Zengqing Zhuo), Universitas Xiamen (Jing-Jing Fan , Ling Huang lan Shi-Gang Sun) lan Universitas Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng lan Mingao Ouyang).
Babagan Pusat Nanomaterial Argonne Pusat Nanomaterial, salah siji saka limang pusat riset nanoteknologi Departemen Energi AS, minangka lembaga pangguna nasional utama kanggo riset skala nano interdisipliner sing didhukung dening Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS. Bebarengan, NSRC mbentuk sakumpulan fasilitas pelengkap sing nyedhiyakake kemampuan canggih kanggo para peneliti kanggo nggawe, ngolah, menehi karakterisasi, lan modeling bahan skala nano lan makili investasi infrastruktur paling gedhe ing Inisiatif Nanoteknologi Nasional. NSRC dumunung ing Laboratorium Nasional Departemen Energi AS ing Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, lan Los Alamos. Kanggo informasi luwih lengkap babagan NSRC DOE, bukak https://science.osti.gov/Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​ie​s​-​at​-a​​Glance.
Sumber Foton Lanjutan (APS) Departemen Energi AS ing Laboratorium Nasional Argonne minangka salah sawijining sumber sinar-X sing paling produktif ing donya. APS nyedhiyakake sinar-X intensitas dhuwur kanggo komunitas riset sing maneka warna ing ilmu material, kimia, fisika materi terkondensasi, ilmu urip lan lingkungan, lan riset terapan. Sinar-X iki cocog kanggo nyinaoni materi lan struktur biologis, distribusi unsur, kahanan kimia, magnetik lan elektronik, lan sistem teknik sing penting sacara teknis saka kabeh jinis, saka baterei nganti nozzle injektor bahan bakar, sing penting kanggo ekonomi nasional, teknologi lan awak kita. Dasar kesehatan. Saben taun, luwih saka 5.000 peneliti nggunakake APS kanggo nerbitake luwih saka 2.000 publikasi sing njlentrehake panemuan penting lan ngrampungake struktur protein biologis sing luwih penting tinimbang pangguna pusat riset sinar-X liyane. Ilmuwan lan insinyur APS ngetrapake teknologi inovatif sing dadi dhasar kanggo ningkatake kinerja akselerator lan sumber cahya. Iki kalebu piranti input sing ngasilake sinar-X sing padhang banget sing diajeni dening para peneliti, lensa sing fokusake sinar-X nganti sawetara nanometer, instrumen sing ngoptimalake cara sinar-X sesambungan karo sampel sing ditliti, lan pangumpulan lan manajemen panemuan APS. Riset ngasilake volume data sing akeh banget.
Panliten iki nggunakake sumber daya saka Advanced Photon Source, Pusat Pangguna Kantor Sains Departemen Energi AS sing dioperasikake dening Laboratorium Nasional Argonne kanggo Kantor Sains Departemen Energi AS miturut nomer kontrak DE-AC02-06CH11357.
Laboratorium Nasional Argonne ngupayakake ngrampungake masalah-masalah penting ilmu pengetahuan lan teknologi domestik. Minangka laboratorium nasional pertama ing Amerika Serikat, Argonne nganakake riset dhasar lan terapan paling anyar ing meh kabeh disiplin ilmu. Peneliti Argonne kerja sama raket karo peneliti saka atusan perusahaan, universitas, lan lembaga federal, negara bagian, lan kotamadya kanggo mbantu dheweke ngrampungake masalah tartamtu, ngembangake kepemimpinan ilmiah AS, lan nyiapake bangsa kanggo masa depan sing luwih apik. Argonne duwe karyawan saka luwih saka 60 negara lan dioperasikake dening UChicago Argonne, LLC saka Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS.
Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS minangka pendukung riset dhasar paling gedhé ing negara kasebut, sing makarya kanggo ngatasi sawetara masalah sing paling penting ing jaman saiki. Kanggo informasi luwih lengkap, bukak https://energy.gov/scienceience.