Peneliti ing Laboratorium Nasional Argonne Departemen Energi AS (DOE) duwe sejarah dawa panemuan pionir ing babagan baterei lithium-ion. Akeh asil iki kanggo katoda baterei, disebut NMC, mangan nikel lan kobalt oksida. Baterei karo katoda iki saiki nguwasani Chevrolet Bolt.
Peneliti Argonne wis entuk terobosan liyane ing katoda NMC. Struktur partikel katoda cilik sing anyar saka tim bisa nggawe baterei luwih awet lan luwih aman, bisa digunakake ing voltase dhuwur banget lan nyedhiyakake jarak lelungan sing luwih dawa.
"Saiki kita duwe pandhuan sing bisa digunakake produsen baterei kanggo nggawe bahan katoda tanpa wates tekanan dhuwur," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Katoda NMC sing ana saiki dadi alangan utama kanggo karya tegangan dhuwur," ujare asisten ahli kimia Guiliang Xu. Kanthi siklus muatan-discharge, kinerja mudhun kanthi cepet amarga pembentukan retakan ing partikel katoda. Wis pirang-pirang dekade, peneliti baterei wis golek cara kanggo ndandani retakan kasebut.
Salah sawijining cara ing jaman biyen nggunakake partikel bola cilik sing kasusun saka akeh partikel sing luwih cilik. Partikel bola gedhe yaiku polikristalin, kanthi domain kristal saka macem-macem orientasi. Akibaté, padha duwe apa sing diarani para ilmuwan wates gandum ing antarane partikel, sing bisa nyebabake baterei retak sajrone siklus. Kanggo nyegah iki, kolega Xu lan Argonne sadurunge ngembangake lapisan polimer protèktif ing 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 saka partikel kasebut nuduhake manawa ora ana watese.
Masalah kanggo tim kasebut yaiku katoda sing digawe saka polikristal sing dilapisi lan kristal tunggal isih retak nalika muter. Mula, dheweke nindakake analisis ekstensif bahan katoda kasebut ing Sumber Foton Lanjut (APS) lan Pusat Nanomaterial (CNM) ing Pusat Ilmu Argonne Departemen Energi AS.
Macem-macem analisis x-ray ditindakake ing limang senjata APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C lan 34-ID-E). Pranyata apa sing dikira para ilmuwan minangka kristal tunggal, kaya sing dituduhake dening mikroskop elektron lan sinar-X, sejatine duwe wates ing njero. Scanning lan transmisi mikroskop elektron CNMs dikonfirmasi kesimpulan iki.
"Nalika kita ndeleng morfologi permukaan partikel kasebut, 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华住界隐藏在内部.” 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 可 和 ，现 边界 隐藏 在。”"Nanging, nalika nggunakake teknik sing diarani mikroskop difraksi sinar-X synchrotron lan teknik liyane ing APS, kita nemokake manawa wates kasebut didhelikake ing njero."
Sing penting, tim wis ngembangake metode kanggo ngasilake kristal tunggal tanpa wates. Nguji sel cilik nganggo katoda kristal tunggal iki kanthi voltase dhuwur banget nuduhake paningkatan 25% ing panyimpenan energi saben volume unit kanthi meh ora mundhut kinerja liwat 100 siklus tes. Beda, katoda NMC sing kasusun saka kristal tunggal multi-antarmuka utawa polikristal sing dilapisi nuduhake penurunan kapasitas 60% nganti 88% sajrone umur sing padha.
Petungan skala atom mbukak mekanisme pangurangan kapasitansi katoda. Miturut Maria Chang, ilmuwan nano ing CNM, wates-wates luwih cenderung kelangan atom oksigen nalika baterei diisi daya tinimbang wilayah sing luwih adoh. Kelangan oksigen iki nyebabake degradasi siklus sel.
"Petungan kita nuduhake carane wates bisa mimpin kanggo oksigen dirilis ing tekanan dhuwur, kang bisa mimpin kanggo suda kinerja," ngandika Chan.
Ngilangi wates nyegah evolusi oksigen, saéngga ningkatake safety 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 manufaktur baterei kanggo nggawe bahan katoda sing ora ana wates lan beroperasi kanthi 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。”"Pedoman kudu ditrapake kanggo bahan katoda liyane saka 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 Chen. 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 Argonne Center for Nanomaterials The Center for Nanomaterials, salah siji saka limang US Department of Energy nanotechnology research centers, minangka lembaga panganggo nasional utama kanggo riset skala nano interdisipliner sing didhukung dening Kantor Ilmu Ilmu Departemen Energi AS. Bebarengan, NSRCs mbentuk suite fasilitas pelengkap sing nyedhiyani peneliti karo kapabilitas paling canggih kanggo fabricating, Processing, characterizing, lan modeling bahan nano lan makili investasi infrastruktur paling gedhe ing National Nanotechnology Initiative. 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​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/Us er-F​acil​it​ie​​​​​​​​​​​​​​​​​​
Sumber Foton Lanjutan Departemen Energi AS (APS) ing Argonne National Laboratory minangka salah sawijining sumber sinar-X sing paling produktif ing donya. APS nyedhiyakake sinar-X intensitas dhuwur kanggo komunitas riset macem-macem ing ilmu material, kimia, fisika materi sing dipadhetke, ilmu urip lan lingkungan, lan riset terapan. Sinar-X iki cocog kanggo nyinaoni bahan lan struktur biologi, distribusi unsur, negara kimia, magnetik lan elektronik, lan kabeh jinis sistem teknik penting, saka baterei nganti muncung injeksi bahan bakar, sing penting kanggo ekonomi nasional, teknologi. . lan awak 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 peneliti, lensa sing fokus sinar-X nganti sawetara nanometer, instrumen sing ngoptimalake cara sinar-X sesambungan karo sampel sing diteliti, lan koleksi lan manajemen panemuan APS. Riset ngasilake volume data sing akeh banget.
Panaliten iki nggunakake sumber daya saka Advanced Photon Source, Pusat Panganggo Kantor Ilmu Energi Departemen Energi AS sing dioperasikake dening Laboratorium Nasional Argonne kanggo Kantor Ilmu Energi Departemen AS miturut nomer kontrak DE-AC02-06CH11357.
Laboratorium Nasional Argonne ngupaya kanggo ngrampungake masalah-masalah penting babagan ilmu lan teknologi domestik. Minangka laboratorium nasional pisanan ing Amerika Serikat, Argonne nganakake riset dhasar lan terapan ing meh kabeh disiplin ilmiah. Peneliti Argonne makarya kanthi rapet karo peneliti saka atusan perusahaan, universitas, lan lembaga federal, negara bagian, lan kotamadya kanggo mbantu ngatasi masalah tartamtu, ngembangake kepemimpinan ilmiah AS, lan nyiapake bangsa kanggo masa depan sing luwih apik. Argonne makaryakke karyawan saka luwih saka 60 negara lan dilakokno dening UChicago Argonne, LLC saka Departemen Energi US Kantor Ilmu.
Kantor Ilmu Pengetahuan Departemen Energi AS minangka panyengkuyung riset dhasar paling gedhe ing èlmu fisika, sing makarya kanggo ngatasi sawetara masalah sing paling penting ing jaman saiki. Kanggo informasi luwih lengkap, bukak https://energy.gov/science.ience.