AEBetako Energia Sailaren (DOE) Argonne Laborategi Nazionaleko ikertzaileek historia luzea dute litio-ioizko baterien arloan aurkikuntza aitzindariak egiteko. Emaitza horietako asko bateriaren katodoarentzat dira, NMC izenekoa, nikel manganesoa eta kobalto oxidoa. Katodo hori duen bateria batek Chevrolet Bolt-a elikatzen du orain.
Argonneko ikertzaileek beste aurrerapen bat lortu dute NMC katodoetan. Taldearen katodo partikula txikien egitura berriak bateria iraunkorragoa eta seguruagoa egin dezake, tentsio oso altuetan funtzionatzeko eta bidaia-autonomia luzeagoa emateko gai izan dadin.
«Orain baditugu bateria-fabrikatzaileek presio handiko eta ertzik gabeko katodo-materialak egiteko erabil ditzaketen jarraibideak», Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
«NMC katodoek oztopo handia dira tentsio handiko lanetarako», esan zuen Guiliang Xu kimikari laguntzaileak. Karga-deskarga zikloarekin, errendimendua azkar jaisten da katodoaren partikuletan pitzadurak sortzen direlako. Hamarkadetan zehar, baterien ikertzaileek pitzadura horiek konpontzeko moduak bilatu dituzte.
Iraganeko metodo batek partikula esferiko txikiak erabiltzen zituen, askoz partikula txikiago askorekin osatuak. Partikula esferiko handiak polikristalinoak dira, orientazio desberdineko domeinu kristalinoekin. Ondorioz, zientzialariek ale-mugak deitzen dituztenak dituzte partikulen artean, eta horrek bateria pitzatzea eragin dezake ziklo batean zehar. Hori saihesteko, Xu eta Argonneren lankideek aurretik polimero-estaldura babesgarri bat garatu zuten partikula bakoitzaren inguruan. Estaldura honek partikula esferiko handiak eta haien barruko partikula txikiagoak inguratzen ditu.
Pitzadura mota hau saihesteko beste modu bat kristal bakarreko partikulak erabiltzea da. Partikula hauen mikroskopia elektronikoak erakutsi zuen ez dutela mugarik.
Taldearentzat arazoa zen estalitako polikristal eta kristal bakarrez egindako katodoek zikloan zehar pitzatzen jarraitzen zutela. Hori dela eta, katodo-material horien analisi zabala egin zuten AEBetako Energia Sailaren Argonne Zientzia Zentroko Advanced Photon Source (APS) eta Center for Nanomaterials (CNM) zentroan.
Bost APS besotan (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C eta 34-ID-E) hainbat X izpien analisi egin ziren. Zientzialariek kristal bakar bat zela uste zutenak, mikroskopia elektronikoak eta X izpien bidez erakutsi bezala, benetan barneko muga bat zuela ikusi zen. CNM-en eskaneatze eta transmisio mikroskopia elektronikoak ondorio hau berretsi zuen.
«Partikula hauen gainazaleko morfologia aztertu genuenean, 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 微镜 的 微镜 的 和 朗 抶 朗 同步 加速器我们 发现 边界 隐藏 在。”«Hala ere, APSn sinkrotron X izpien difrakzio mikroskopia izeneko teknika bat eta beste teknika batzuk erabili genituenean, mugak barruan ezkutatuta zeudela ikusi genuen».
Garrantzitsua da taldeak mugarik gabeko kristal bakarreko kristalak ekoizteko metodo bat garatu duela. Kristal bakarreko katodo honekin zelula txikiak tentsio oso altuetan probatzeak % 25eko igoera erakutsi zuen bolumen unitateko energia biltegiratzean, ia errendimendu galerarik gabe 100 proba ziklotan zehar. Aldiz, interfaze anitzeko kristal bakarrez edo estalitako polikristalez osatutako NMC katodoek % 60tik % 88ra bitarteko ahalmen jaitsiera erakutsi zuten bizitza berean.
Eskala atomikoko kalkuluek katodoaren kapazitantzia murriztearen mekanismoa agerian uzten dute. Maria Chang CNMko nanozientzialariaren arabera, mugek oxigeno atomoak galtzeko aukera gehiago dute bateria kargatzen denean, horietatik urrunago dauden eremuek baino. Oxigeno galera horrek zelula zikloaren degradazioa dakar.
«Gure kalkuluek erakusten dute nola mugak oxigenoa presio altuan askatzea ekar dezakeen, eta horrek errendimendua murriztea ekar dezake», esan zuen Chanek.
Muga ezabatzeak oxigenoaren bilakaera eragozten du, eta horrela katodoaren segurtasuna eta egonkortasun ziklikoa hobetzen ditu. APSrekin eta AEBetako Energia Sailaren Lawrence Berkeley Laborategi Nazionaleko argi-iturri aurreratu batekin egindako oxigenoaren bilakaeraren neurketek ondorio hau berresten dute.
«Orain, bateria-fabrikatzaileek mugarik gabeko eta presio altuan funtzionatzen duten katodo-materialak egiteko erabil ditzaketen jarraibideak ditugu», esan zuen Khalil Aminek, Argonneko kide emerituak. 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。”"Jarraibideak NMC ez diren katodo-materialei aplikatu behar zaizkie."
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, Chengjun Sun, Tao Zhou, eta Zhouong Mhaiing Chen dira. 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.
Argonne Nanomaterialen Zentroari buruz Nanomaterialen Zentroa, AEBetako Energia Departamentuko bost nanoteknologia ikerketa zentroetako bat, diziplina anitzeko nanoeskalako ikerketarako erabiltzaile-erakunde nazional nagusia da, AEBetako Energia Departamentuko Zientzia Bulegoak babestua. Elkarrekin, NSRCek instalazio osagarri multzo bat osatzen dute, ikertzaileei nanoeskalako materialak fabrikatzeko, prozesatzeko, karakterizatzeko eta modelatzeko gaitasun aurreratuak eskaintzen dizkietenak, eta Nanoteknologia Ekimen Nazionalaren peko azpiegitura inbertsio handiena adierazten dute. NSRC AEBetako Energia Departamentuko Laborategi Nazionaletan dago, Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia eta Los Alamosen. NSRC DOEri buruzko informazio gehiago lortzeko, bisitatu https://science.osti.gov/User-Fa-c-i-lit-ie-s/ User-Fa-c-i-l-it-ie-s-at-a-Glance.
AEBetako Energia Sailaren Argonne Laborategi Nazionaleko Fotoi Aurreratuen Iturria (APS) munduko X izpien iturri emankorrenetako bat da. APSk intentsitate handiko X izpiak eskaintzen dizkie materialen zientzian, kimikan, materia kondentsatuaren fisikan, bizitzaren eta ingurumenaren zientzietan eta ikerketa aplikatuan diharduten ikerketa-komunitate anitz bati. X izpi hauek aproposak dira materialak eta egitura biologikoak, elementuen banaketa, egoera kimikoak, magnetikoak eta elektronikoak eta mota guztietako ingeniaritza-sistema teknikoki garrantzitsuak aztertzeko, baterietatik hasi eta erregai-injektoreen toberetaraino, gure ekonomia nazionalerako, teknologiarako eta gorputzarentzat ezinbestekoak direnak. Osasunaren oinarria. Urtero, 5.000 ikertzaile baino gehiagok APS erabiltzen dute 2.000 argitalpen baino gehiago argitaratzeko, aurkikuntza garrantzitsuak zehaztuz eta proteina-egitura biologiko garrantzitsuagoak beste edozein X izpien ikerketa-zentroren erabiltzaileek baino. APSko zientzialari eta ingeniariek azeleragailuen eta argi-iturrien errendimendua hobetzeko oinarri diren teknologia berritzaileak ezartzen ari dira. Honen barnean daude ikertzaileek preziatzen dituzten X izpi oso distiratsuak sortzen dituzten sarrera-gailuak, X izpiak nanometro gutxi batzuetaraino fokatzen dituzten lenteak, X izpiek aztergai den laginarekin elkarreragiteko modua maximizatzen duten tresnak eta APS aurkikuntzen bilketa eta kudeaketa. Ikerketak datu-bolumen handiak sortzen ditu.
Ikerketa honek Advanced Photon Source-eko baliabideak erabili zituen, AEBetako Energia Sailaren Zientzia Bulegoko Erabiltzaile Zentro bat, Argonne Laborategi Nazionalak AEBetako Energia Sailaren Zientzia Bulegoarentzat kudeatzen duena, DE-AC02-06CH11357 kontratu zenbakiaren pean.
Argonne Laborategi Nazionalak zientzia eta teknologiaren arazo larrienak konpontzen saiatzen da. Estatu Batuetako lehen laborategi nazionala izanik, Argonnek oinarrizko ikerketa eta ikerketa aplikatu aurreratuak egiten ditu ia diziplina zientifiko guztietan. Argonneko ikertzaileek ehunka enpresa, unibertsitate eta agentzia federal, estatal eta udaletako ikertzaileekin lan egiten dute arazo zehatzak konpontzen, AEBetako lidergo zientifikoa sustatzen eta nazioa etorkizun hobeago baterako prestatzen laguntzeko. Argonnek 60 herrialde baino gehiagotako langileak ditu eta AEBetako Energia Departamentuko Zientzia Bulegoko UChicago Argonne, LLC-k kudeatzen du.
AEBetako Energia Sailaren Zientzia Bulegoa zientzia fisikoetako oinarrizko ikerketaren sustatzaile handiena da nazioan, eta gure garaiko arazo larrienetako batzuei aurre egiteko lanean ari da. Informazio gehiago lortzeko, bisitatu https://energy.gov/scienceience.