AEBetako Energia Saileko (DOE) Argonne Laborategi Nazionaleko ikertzaileek historia luzea dute litio-ioizko baterien alorrean aurkikuntza aitzindarietan. Emaitza horietako asko bateriaren katodoarentzat dira, NMC izenekoa, nikel manganesoa eta kobalto oxidoa. Katodo hau duen bateria batek Chevrolet Bolt elikatzen du.
Argonne ikertzaileek beste aurrerapen bat lortu dute NMC katodoetan. Taldearen katodo partikula txikien egitura berriak bateria iraunkorragoa eta seguruagoa izan dezake, oso tentsio altuetan funtzionatzeko eta bidaia-tarte luzeagoak eskaintzeko gai izan daiteke.
"Orain bateria fabrikatzaileek presio handiko eta ertz gabeko katodozko materialak egiteko erabil ditzaketen orientabideak ditugu", Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Lehendik dauden NMC katodoek oztopo handia dute tentsio handiko lanetarako", esan du Guiliang Xu kimikari laguntzaileak. Karga-deskargaren zikloarekin, errendimendua azkar jaisten da katodoen partikulen pitzadurak sortzen direlako. Hamarkadak daramatzate bateriaren ikertzaileak pitzadura horiek konpontzeko moduak bilatzen.
Iraganeko metodo batek askoz partikula txikiagoz osatutako partikula esferiko txikiak erabiltzen zituen. Partikula esferiko handiak polikristalinoak dira, hainbat orientaziotako domeinu kristalinoekin. Ondorioz, zientzialariek partikulen arteko aleen mugak deitzen dituztenak dituzte, eta horrek bateria pitzatzea eragin dezake ziklo batean zehar. Hori ekiditeko, Xu eta Argonne-ren lankideek polimero-estaldura babesgarri bat garatu zuten partikula bakoitzaren inguruan. Estaldura honek partikula esferiko handiak eta haien barruan dauden partikula txikiagoak inguratzen ditu.
Pitzadura mota hori saihesteko beste modu bat kristal bakarreko partikulak erabiltzea da. Partikula horien mikroskopio elektronikoak mugarik ez dutela erakutsi zuen.
Taldearen arazoa estalitako polikristalez eta kristal bakarrez egindako katodoek oraindik pitzatu egiten zutela txirrindularitzan. Hori dela eta, katodo-material horien analisi zabala egin zuten AEBetako Energia Saileko Argonne Zientzia Zentroko Photon Source Aurreratuan (APS) eta Nanomaterialen Zentroan (CNM).
Hainbat X izpien analisi egin ziren APSko bost besotan (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C eta 34-ID-E). Ematen du zientzialariek kristal bakarra zela uste zutena, elektroi eta X izpien mikroskopioak erakusten duen moduan, benetan barruan muga bat zuela. CNM-en eskaneaketa- eta transmisio-mikroskopia elektronikoak ondorio hau baieztatu zuen.
"Partikula horien gainazaleko morfologiari erreparatu genionean, kristal bakarreko itxura zuten", esan zuen Wenjun Liu fisikariak. 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术斅技术滶戥加速器X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 微 镜 的 微 镜 的 和 朗 抶 朗 同步 加速器们 发现 边界 隐藏 在。”"Hala ere, APSn sinkrotroi X izpien difrakzio-mikroskopia izeneko teknika eta beste teknika batzuk erabili genituenean, mugak barruan ezkutatuta zeudela ikusi genuen".
Garrantzitsuena, taldeak mugarik gabeko kristal bakarrak ekoizteko metodo bat garatu du. Oso tentsio altuetan kristal bakarreko katodo honekin zelula txikiak probatzean, energia biltegiratzea % 25 handitu zen bolumen-unitate bakoitzeko, errendimendu-galerarik gabe, 100 proba-ziklotan zehar. Aitzitik, interfaze anitzeko kristal bakarrez edo estalitako polikristalez osatutako NMC katodoek % 60 eta % 88ko ahalmen jaitsiera izan zuten bizitza osoan zehar.
Eskala atomikoko kalkuluek katodoen kapazitantzia murrizteko mekanismoa erakusten dute. Maria Chang CNMko nanozientzialariaren arabera, mugek litekeena da oxigeno-atomoak galtzea bateria kargatzen denean haietatik urrunago dauden eremuetan baino. Oxigeno-galera honek zelula-zikloaren degradazioa dakar.
"Gure kalkuluek erakusten dute nola mugak oxigenoa presio altuan askatzea ekar dezakeen, eta horrek errendimendua murriztu dezake", esan du Chanek.
Muga ezabatzeak oxigenoaren bilakaera ekiditen du, eta horrela katodoaren segurtasuna eta egonkortasun ziklikoa hobetzen dira. Oxigenoaren bilakaeraren neurketek APSrekin eta AEBetako Energia Saileko Lawrence Berkeley National Laboratory-ko argi-iturri aurreratu batekin ondorio hori baieztatzen dute.
"Orain bateria-fabrikatzaileek mugarik ez duten eta presio altuan funtzionatzen duten katodoen materialak egiteko erabil ditzaketen jarraibideak ditugu", esan zuen 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。”"NMC ez den material katodoei aplikatu behar zaizkie jarraibideak".
Ikerketa honi buruzko artikulu bat Nature Energy aldizkarian agertu zen. Xu, Amin, Liu eta Chang-ez gain, Argonne egileak Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, dira. Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du eta Zonghai Chen. Lawrence Berkeley Laborategi Nazionaleko (Wanli Yang, Qingtian Li eta Zengqing Zhuo), Xiamen Unibertsitateko (Jing-Jing Fan, Ling Huang eta Shi-Gang Sun) eta Tsinghua Unibertsitateko (Dongsheng Ren, Xuning Feng eta Mingao Ouyang) zientzialariak.
Nanomaterialen Argonne Zentroari buruz Nanomaterialen Zentroa, AEBetako Energia Saileko bost ikerketa-zentroetako bat, AEBetako Energia Sailaren Zientzia Bulegoak babestutako diziplina arteko nanoeskalako ikerkuntzarako erabiltzaile nazional nagusiena da. Elkarrekin, NSRC-ek instalazio osagarrien multzoa osatzen dute, ikerlariek nanoeskalako materialak fabrikatzeko, prozesatzeko, karakterizatzeko eta modelatzeko azken gaitasunak eskaintzen dituztenak eta Nanoteknologia Ekimen Nazionaleko azpiegitura-inbertsio handiena adierazten dutenak. NSRC AEBetako Energia Sailaren Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia eta Los Alamos-en dago kokatuta. NSRC DOE-ri buruzko informazio gehiago lortzeko, bisitatu https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​ie​s​/ ​Us er​-F​a​c​i​l​ie​ie​hau da, Begirada batean.
Argonne National Laboratory-ko AEBetako Energia Sailaren Foton Iturburu Aurreratua (APS) munduko X izpien iturri produktiboenetako bat da. APS-k intentsitate handiko X izpiak eskaintzen ditu materialen zientzian, kimikan, materia kondentsatuaren fisikan, bizitzaren eta ingurumenaren zientzietan eta ikerketa aplikatuan hainbat ikerketa komunitateri. X izpi hauek aproposak dira materialak eta egitura biologikoak, elementuen banaketa, egoera kimikoak, magnetikoak eta elektronikoak eta mota guztietako ingeniaritza-sistema teknikoki garrantzitsuak aztertzeko, piletatik hasi eta erregai-injektoreen toberetaraino, gure ekonomia nazionalarentzat ezinbestekoak direnak, teknologiarentzat. . eta gorputza Osasunaren oinarria. Urtero, 5.000 ikertzailek baino gehiagok erabiltzen dute APSa, 2.000 argitalpen baino gehiago argitaratzeko, aurkikuntza garrantzitsuak zehazten dituztenak eta beste edozein X izpien ikerketa-zentrotako erabiltzaileek baino proteina biologikoen egitura garrantzitsuagoak ebazten dituztenak. APSko zientzialariak eta ingeniariak teknologia berritzaileak ezartzen ari dira, azeleragailuen eta argi iturrien errendimendua hobetzeko oinarri direnak. Ikertzaileek estimatutako X izpi oso distiratsuak sortzen dituzten sarrerako gailuak, X izpiak nanometro gutxi batzuetara bideratzen dituzten lenteak, X izpiak aztertzen ari den laginarekin elkarreragiteko modua maximizatzen duten tresnak eta APS aurkikuntzen bilketa eta kudeaketa. Ikerketak datu-bolumen handiak sortzen ditu.
Ikerketa honek Advanced Photon Source-ko baliabideak erabili ditu, AEBetako Energia Bulegoko Zientzia Erabiltzaile Zentroko Argonne National Laboratory-k AEBetako Energia Saileko Zientzia Bulegorako kontratu-zenbakiarekin DE-AC02-06CH11357.
Argonne National Laboratory etxeko zientzia eta teknologiaren arazo larriak konpontzen ahalegintzen da. Estatu Batuetako lehen laborategi nazionala denez, Argonne-k puntako ikerketa oinarrizko eta aplikatua egiten du ia diziplina zientifiko guztietan. Argonne-ko ikertzaileek ehunka enpresa, unibertsitate eta federal, estatu eta udal agentziatako ikertzaileekin lankidetza estuan lan egiten dute arazo zehatzak konpontzen laguntzeko, AEBetako lidergo zientifikoa aurrera eramateko eta nazioa etorkizun hobeago baterako prestatzen laguntzeko. Argonne-k 60 herrialde baino gehiagotako langileak ditu eta AEBetako Energia Saileko Zientzia Bulegoko UChicago Argonne, LLCk kudeatzen du.
AEBetako Energia Saileko Zientzia Bulegoa nazioko zientzia fisikoen oinarrizko ikerketaren bultzatzaile handiena da, gure garaiko arazo larrienak jorratzeko lanean. Informazio gehiago lortzeko, bisitatu https://​energy​.gov/​science​ience.