Fuerscher am US Department of Energy (DOE) Argonne National Laboratory hunn eng laang Geschicht vu pionéierende Entdeckungen am Beräich vu Lithium-Ion Batterien. Vill vun dëse Resultater si fir d'Batteriekathode, genannt NMC, Néckel Mangan a Kobaltoxid. Eng Batterie mat dëser Kathode dréit elo den Chevrolet Bolt un.
Argonne Fuerscher hunn en aneren Duerchbroch an NMC Kathoden erreecht. Déi nei kleng Kathodepartikelstruktur vum Team kéint d'Batterie méi haltbar a méi sécher maachen, fäeg op ganz héich Spannungen ze bedreiwen a méi laang Reesbereich ze bidden.
"Mir hunn elo Leedung déi Batterie Hiersteller kënne benotze fir Héichdrock, grenzlos Kathodematerialien ze maachen," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"Existéierend NMC-Kathode presentéieren eng grouss Hürd fir Héichspannungsaarbecht", sot den Assistent Chemiker Guiliang Xu. Mat Charge-Ausluede Cycling fällt d'Leeschtung séier duerch d'Bildung vu Rëss an de Kathodepartikelen. Fir Joerzéngten hunn Batteriefuerscher no Weeër gesicht fir dës Risse ze reparéieren.
Eng Method an der Vergaangenheet huet kleng kugelfërmeg Partikele benotzt, déi aus ville vill méi klenge Partikelen zesummegesat waren. Grouss kugelfërmeg Partikele si polykristallin, mat kristallinesche Beräicher vu verschiddenen Orientatiounen. Als Resultat hunn se dat wat d'Wëssenschaftler Kärgrenzen tëscht Partikelen nennen, wat d'Batterie während engem Zyklus verursaache kann. Fir dëst ze verhënneren, haten dem Xu an dem Argonne seng Kollegen virdru eng Schutzpolymerbeschichtung ronderëm all Partikel entwéckelt. Dës Beschichtung ëmginn grouss kugelfërmeg Partikelen a méi kleng Partikelen an hinnen.
Eng aner Manéier fir dës Zort vu Rëss ze vermeiden ass eenzel Kristallpartikelen ze benotzen. Elektronenmikroskopie vun dëse Partikelen huet gewisen datt se keng Grenzen hunn.
De Problem fir d'Equipe war, datt d'Katoden aus Beschichtete Polykristallen an eenzel Kristalle nach während dem Vëlo geknackt hunn. Dofir hunn se eng extensiv Analyse vun dëse Kathodematerialien am Advanced Photon Source (APS) an dem Center for Nanomaterials (CNM) am Argonne Science Center vum US Department of Energy gemaach.
Verschidde Röntgenanalysen goufen op fënnef APS Waffen (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C an 34-ID-E) gemaach. Et stellt sech eraus datt wat d'Wëssenschaftler geduecht hunn en eenzegen Kristall war, wéi duerch Elektronen- a Röntgenmikroskopie gewisen, tatsächlech eng Grenz bannen hat. Scannen an Transmissioun Elektronen microscopy vun CNMs confirméiert dëser Conclusioun.
"Wa mir d'Uewerflächemorphologie vun dëse Partikelen gekuckt hunn, hu se ausgesinn wéi eenzel Kristalle", sot de Physiker Wenjun Liu. â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X 射线衍射显微镜皻倌木显微镜皻倌朌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 旑微镜 皜 时 时 是们 发现 边界 隐藏 在。”"Wéi mir awer eng Technik genannt Synchrotron Röntgen-Diffraktiounsmikroskopie an aner Techniken bei APS benotzt hunn, hu mir festgestallt datt d'Grenze dobannen verstoppt waren."
Wichteg ass datt d'Team eng Method entwéckelt huet fir eenzel Kristalle ouni Grenzen ze produzéieren. Testen vu klengen Zellen mat dëser Eenkristallkathode bei ganz héije Spannungen huet eng 25% Erhéijung vun der Energielagerung pro Eenheetsvolumen gewisen mat praktesch kee Verloscht vun der Leeschtung iwwer 100 Testzyklen. Am Géigesaz, hunn NMC-Kathoden aus Multi-Interface Eenkristallen oder Beschichtete Polykristalle e Kapazitéitsfall vu 60% bis 88% iwwer déiselwecht Liewensdauer gewisen.
Atomer Skala Berechnungen weisen de Mechanismus vun der Kathode Kapazitéit Reduktioun. Laut Maria Chang, engem Nanowëssenschaftler bei CNM, sinn d'Grenzen méi wahrscheinlech Sauerstoffatome ze verléieren wann d'Batterie gelueden ass wéi Gebidder méi wäit vun hinnen. Dëse Verloscht vu Sauerstoff féiert zu der Degradatioun vum Zellzyklus.
"Eis Berechnunge weisen wéi d'Grenz dozou féieren datt Sauerstoff bei héijen Drock fräigelooss gëtt, wat zu enger reduzéierter Leeschtung féieren kann", sot de Chan.
D'Eliminatioun vun der Grenz verhënnert d'Sauerstoffevolutioun, an doduerch d'Sécherheet an d'zyklesch Stabilitéit vun der Kathode verbessert. Oxygen Evolutioun Miessunge mat APS an eng fortgeschratt Liichtquell am US Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory confirméieren dës Conclusioun.
"Elo hu mir Richtlinnen déi d'Batteriehersteller benotze kënne fir Kathodematerialien ze maachen déi keng Grenzen hunn an op héijen Drock operéieren", sot de 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。”"Richtlinne solle fir aner Kathodematerialien wéi NMC gëllen."
En Artikel iwwer dës Etude erschéngt am Journal Nature Energy. Zousätzlech zu Xu, Amin, Liu a Chang sinn d'Argonne Autoren 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, an Zonghai Chen. Wëssenschaftler vum Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li, an Zengqing Zhuo), Xiamen Universitéit (Jing-Jing Fan, Ling Huang a Shi-Gang Sun) an Tsinghua Universitéit (Dongsheng Ren, Xuning Feng a Mingao Ouyang).
Iwwer den Argonne Center for Nanomaterials Den Center for Nanomaterials, ee vu fënnef US Department of Energy Nanotechnologie Fuerschungszentren, ass déi éischt national Benotzerinstitutioun fir interdisziplinär Nanoskala Fuerschung ënnerstëtzt vum US Department of Energy Office of Science. Zesummen bilden NSRCs eng Suite vun komplementären Ariichtungen, déi Fuerscher mat modernsten Fäegkeeten ubidden fir d'Fabrikatioun, d'Veraarbechtung, d'Charakteriséierung an d'Modellering vun Nanoskala Materialien a representéieren déi gréissten Infrastrukturinvestitioun ënner der National Nanotechnology Initiative. Den NSRC läit am US Department of Energy National Laboratories zu Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia a Los Alamos. Fir méi Informatiounen iwwer den NSRC DOE, besicht https://science.osti.gov/User-Facilities/Us er
Den US Department of Energy's Advanced Photon Source (APS) am Argonne National Laboratory ass eng vun de produktivste Röntgenquellen op der Welt. APS liwwert Héichintensitéit Röntgenstrahlen un eng divers Fuerschungsgemeinschaft an der Materialwëssenschaft, Chimie, Physik vun der kondenséierter Matière, Liewens- an Ëmweltwëssenschaften, an ugewandter Fuerschung. Dës Röntgenstrahlen sinn ideal fir Materialien a biologesch Strukturen ze studéieren, d'Verdeelung vun Elementer, chemeschen, magneteschen an elektroneschen Zoustänn, an technesch wichteg Ingenieurssystemer vun allen Zorten, vu Batterien bis Brennstoffinjektordüsen, déi vital sinn fir eis national Wirtschaft, Technologie . a Kierper D'Basis vun der Gesondheet. All Joer benotze méi wéi 5.000 Fuerscher APS fir méi wéi 2.000 Publikatiounen ze publizéieren déi wichteg Entdeckungen detailléiert a méi wichteg biologesch Proteinstrukturen léisen wéi d'Benotzer vun all aner Röntgenfuerschungszentrum. APS Wëssenschaftler an Ingenieuren implementéieren innovativ Technologien déi d'Basis sinn fir d'Performance vun Beschleuniger a Liichtquellen ze verbesseren. Dëst beinhalt Input-Geräter déi extrem hell Röntgenstrahlen produzéieren, déi vu Fuerscher geschätzt ginn, Lënsen déi Röntgenstrahlen op e puer Nanometer fokusséieren, Instrumenter déi d'Art a Weis wéi Röntgenstrahlen interagéieren mat der Probe ënner Studie, an d'Sammlung a Gestioun vun APS Entdeckungen maximéieren. Fuerschung generéiert enorm Datevolumen.
Dës Etude huet Ressourcen aus Advanced Photon Source benotzt, en US Department of Energy Office of Science User Center bedriwwe vum Argonne National Laboratory fir den US Department of Energy Office of Science ënner Kontraktnummer DE-AC02-06CH11357.
Den Argonne National Laboratory beméit sech dréngend Problemer vun der Hauswëssenschaft an der Technologie ze léisen. Als éischten nationalen Laboratoire an den USA, féiert Argonne opzedeelen Basis an ugewandt Fuerschung a praktesch all wëssenschaftlech Disziplin. Argonne Fuerscher schaffen enk mat Fuerscher aus Honnerte vu Firmen, Universitéiten a federalen, staatlechen a kommunale Agenturen fir hinnen ze hëllefen spezifesch Probleemer ze léisen, d'US wëssenschaftlech Leedung virzebereeden an d'Natioun op eng besser Zukunft virzebereeden. Argonne beschäftegt Mataarbechter aus iwwer 60 Länner a gëtt vun UChicago Argonne, LLC vum US Department of Energy's Office of Science bedriwwen.
Den Office of Science vum US Department of Energy ass de gréisste Verdeedeger vun der Natioun vun der Basisfuerschung an de kierperleche Wëssenschaften, schafft fir e puer vun den dréngendsten Themen vun eiser Zäit unzegoen. Fir méi Informatioun, besicht https://energy.gov/science.ience.
Post Zäit: Sep-21-2022