එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ (DOE) Argonne ජාතික රසායනාගාරයේ පර්යේෂකයන්ට ලිතියම්-අයන බැටරි ක්ෂේත්‍රයේ පුරෝගාමී සොයාගැනීම් පිළිබඳ දිගු ඉතිහාසයක් ඇත. මෙම ප්‍රතිඵල බොහොමයක් NMC, නිකල් මැංගනීස් සහ කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ් ලෙස හඳුන්වන බැටරි කැතෝඩය සඳහා වේ. මෙම කැතෝඩය සහිත බැටරියක් දැන් Chevrolet Bolt බලගන්වයි.
Argone පර්යේෂකයන් NMC කැතෝඩ වල තවත් දියුණුවක් ලබා ඇත. කණ්ඩායමේ නව කුඩා කැතෝඩ අංශු ව්‍යුහය බැටරිය වඩාත් කල් පවතින සහ ආරක්ෂිත බවට පත් කළ හැකි අතර, ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතාවයකින් ක්‍රියා කිරීමට සහ දිගු ගමන් පරාසයන් සැපයිය හැකිය.
"බැටරි නිෂ්පාදකයින්ට අධි පීඩන, මායිම් රහිත කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය සෑදීමට භාවිතා කළ හැකි මාර්ගෝපදේශ අපට දැන් තිබේ," ඛලීල් අමීන්, ආර්ගොන් ෆෙලෝ එමරිටස්.
"පවත්නා NMC කැතෝඩ අධි වෝල්ටීයතා වැඩ සඳහා විශාල බාධාවක් ඉදිරිපත් කරයි," සහකාර රසායනඥ Guiliang Xu පැවසීය. ආරෝපණ-විසර්ජන චක්‍රය සමඟ, කැතෝඩ අංශුවල ඉරිතැලීම් ඇතිවීම හේතුවෙන් කාර්ය සාධනය වේගයෙන් පහත වැටේ. දශක ගණනාවක් තිස්සේ බැටරි පර්යේෂකයන් මෙම ඉරිතැලීම් අලුත්වැඩියා කිරීමට ක්රම සොයමින් සිටිති.
අතීතයේ එක් ක්‍රමයක් භාවිතා කළේ ඉතා කුඩා අංශු රාශියකින් සමන්විත කුඩා ගෝලාකාර අංශු ය. විශාල ගෝලාකාර අංශු බහු ස්ඵටික වේ, විවිධ දිශානතියේ ස්ඵටික වසම් ඇත. එහි ප්‍රතිඵලයක් වශයෙන්, විද්‍යාඥයින් අංශු අතර ධාන්‍ය මායිම් ලෙස හඳුන්වනු ලබන අතර, එමඟින් චක්‍රයක් අතරතුර බැටරිය ඉරිතලා යා හැක. මෙය වලක්වා ගැනීම සඳහා Xu සහ Argonne ගේ සගයන් මීට පෙර එක් එක් අංශු වටා ආරක්ෂිත බහු අවයවික ආලේපනයක් නිපදවා ඇත. මෙම ආලේපනය විශාල ගෝලාකාර අංශු සහ ඒවා තුළ කුඩා අංශු වටා ඇත.
මේ ආකාරයේ ඉරිතැලීම් වළක්වා ගැනීමට තවත් ක්රමයක් වන්නේ තනි ස්ඵටික අංශු භාවිතා කිරීමයි. මෙම අංශුවල ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂයෙන් පෙන්නුම් කළේ ඒවාට මායිම් නොමැති බවයි.
කණ්ඩායමට ඇති වූ ගැටලුව වූයේ පාපැදි පැදීමේදී ආලේපිත බහු ස්ඵටික සහ තනි ස්ඵටික වලින් සාදන ලද කැතෝඩ තවමත් ඉරිතලා තිබීමයි. එබැවින්, ඔවුන් එක්සත් ජනපදයේ බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ Argonne විද්‍යා මධ්‍යස්ථානයේ උසස් ෆෝටෝන ප්‍රභවය (APS) සහ නැනෝ ද්‍රව්‍ය සඳහා මධ්‍යස්ථානය (CNM) හිදී මෙම කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය පිළිබඳ පුළුල් විශ්ලේෂණයක් සිදු කරන ලදී.
APS ආයුධ පහක් (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C සහ 34-ID-E) මත විවිධ x-ray විශ්ලේෂණයන් සිදු කරන ලදී. ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ එක්ස් කිරණ අන්වීක්ෂයෙන් පෙන්වන පරිදි විද්‍යාඥයන් තනි ස්ඵටිකයක් යැයි සිතූ දෙය ඇත්ත වශයෙන්ම ඇතුළත මායිමක් ඇති බව පෙනේ. CNM වල ස්කෑන් කිරීම සහ සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය මෙම නිගමනය තහවුරු කළේය.
භෞතික විද්‍යාඥ වෙන්ජුන් ලියු පැවසුවේ “අපි මෙම අංශුවල මතුපිට රූප විද්‍යාව දෙස බැලූ විට ඒවා තනි ස්ඵටිකයක් මෙන් දිස් විය. â<“但是, 当我们在APS 使用一种称为同步加速器X 射线衍射显微镜的们术和现边界隐藏在内部。” ââ <“ඔබට , 当 在 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 显 是发现 边界 隐藏 在。”"කෙසේ වෙතත්, අපි synchrotron X-ray diffraction Microscopy නම් තාක්ෂණය සහ APS හි වෙනත් ශිල්පීය ක්‍රම භාවිතා කළ විට, මායිම් ඇතුළත සැඟවී ඇති බව අපට පෙනී ගියේය."
වැදගත් කරුණක් නම්, කණ්ඩායම විසින් සීමා මායිම් නොමැතිව තනි ස්ඵටික නිෂ්පාදනය කිරීමේ ක්රමයක් සකස් කර ඇත. මෙම තනි ස්ඵටික කැතෝඩය සහිත කුඩා සෛල ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතාවයකින් පරීක්‍ෂා කිරීමෙන් පරීක්‍ෂණ චක්‍ර 100 කට වඩා වැඩි කාර්ය සාධනය ප්‍රායෝගිකව කිසිදු පාඩුවක් නොමැතිව ඒකක පරිමාවකට බලශක්ති ගබඩාවේ 25% වැඩි වීමක් පෙන්නුම් කළේය. ඊට වෙනස්ව, බහු අතුරු මුහුණත් තනි ස්ඵටික හෝ ආලේපිත බහු ස්ඵටික වලින් සමන්විත NMC කැතෝඩ එකම ජීවිත කාලය තුළ 60% සිට 88% දක්වා ධාරිතාව පහත වැටීමක් පෙන්නුම් කරයි.
පරමාණුක පරිමාණ ගණනය කිරීම් කැතෝඩ ධාරිතාව අඩු කිරීමේ යාන්ත්රණය හෙළි කරයි. CNM හි නැනෝ විද්‍යාඥවරියක වන Maria Chang ට අනුව, මායිම් වලට වඩා දුරින් පිහිටි ප්‍රදේශ වලට වඩා බැටරිය ආරෝපණය වූ විට ඔක්සිජන් පරමාණු නැති වීමට ඉඩ ඇත. මෙම ඔක්සිජන් අහිමි වීම සෛල චක්රයේ පිරිහීමට හේතු වේ.
"අපගේ ගණනය කිරීම් මගින් පෙන්නුම් කරන්නේ සීමාව ඉහළ පීඩනයකදී ඔක්සිජන් මුදා හැරීමට හේතු විය හැකි ආකාරයයි, එය කාර්ය සාධනය අඩු කිරීමට හේතු විය හැක," චෑන් පැවසීය.
මායිම ඉවත් කිරීම ඔක්සිජන් පරිණාමය වළක්වයි, එමගින් කැතෝඩයේ ආරක්ෂාව සහ චක්රීය ස්ථාවරත්වය වැඩි දියුණු කරයි. APS සමඟ ඔක්සිජන් පරිණාමය මිනුම් සහ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ ලෝරන්ස් බර්ක්ලි ජාතික රසායනාගාරයේ උසස් ආලෝක ප්‍රභවයක් මෙම නිගමනය සනාථ කරයි.
"දැන් අපි බැටරි නිෂ්පාදකයින්ට සීමා මායිම් නැති සහ අධි පීඩනයකින් ක්‍රියා කරන කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය සෑදීමට භාවිතා කළ හැකි මාර්ගෝපදේශ තිබේ" යනුවෙන් ආර්ගොන් ෆෙලෝ එමරිටස් ඛලීල් අමීන් පැවසීය. 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 හැර අනෙකුත් කැතෝඩ ද්රව්ය සඳහා මාර්ගෝපදේශ අදාළ විය යුතුය."
මෙම අධ්‍යයනය පිළිබඳ ලිපියක් Nature Energy සඟරාවේ පළ විය. Xu, Amin, Liu සහ Chang ට අමතරව, Argone කතුවරුන් වන්නේ 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, සහ Zonghai Chen. ලෝරන්ස් බර්ක්ලි ජාතික රසායනාගාරයේ (Wanli Yang, Qingtian Li, සහ Zengqing Zhuo), Xiamen විශ්ව විද්‍යාලය (Jing-Jing Fan , Ling Huang සහ Shi-Gang Sun) සහ Tsinghua විශ්ව විද්‍යාලයේ (Dongsheng Ren, Xuning Feng සහ Mingao Ouyang) විද්‍යාඥයින්.
නැනෝ ද්‍රව්‍ය සඳහා වූ ආර්ගොන් මධ්‍යස්ථානය ගැන එක්සත් ජනපදයේ බලශක්ති නැනෝතාක්ෂණ පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථාන පහෙන් එකක් වන නැනෝ ද්‍රව්‍ය සඳහා වූ මධ්‍යස්ථානය, එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලයේ සහාය ඇති අන්තර් විෂය නැනෝ පරිමාණ පර්යේෂණ සඳහා වන ප්‍රමුඛතම ජාතික පරිශීලක ආයතනයයි. NSRCs එක්ව, පර්යේෂකයන්ට නැනෝ පරිමාණ ද්‍රව්‍ය සැකසීම, සැකසීම, ගුනාංගීකරනය සහ ආකෘති නිර්මාණය සඳහා අති නවීන හැකියාවන් සපයන අනුපූරක පහසුකම් කට්ටලයක් සාදන අතර ජාතික නැනෝ තාක්ෂණ මුලපිරීම යටතේ විශාලතම යටිතල පහසුකම් ආයෝජනය නියෝජනය කරයි. NSRC පිහිටා ඇත්තේ Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia සහ Los Alamos හි එක්සත් ජනපද බලශක්ති ජාතික රසායනාගාර දෙපාර්තමේන්තුවේ ය. NSRC DOE පිළිබඳ වැඩි විස්තර සඳහා, https://science.osti.gov/User-Facilit’s/Us වෙත පිවිසෙන්න බැලූ බැල්මට නිවැරදියි.
Argonne ජාතික රසායනාගාරයේ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ උසස් ෆෝටෝන මූලාශ්‍රය (APS) ලෝකයේ වඩාත්ම ඵලදායී X-ray මූලාශ්‍රවලින් එකකි. ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව, රසායන විද්‍යාව, ඝනීභූත පදාර්ථ භෞතික විද්‍යාව, ජීවය සහ පාරිසරික විද්‍යාව සහ ව්‍යවහාරික පර්යේෂණ යන ක්ෂේත්‍රවල විවිධ පර්යේෂණ ප්‍රජාවකට APS අධි-තීව්‍ර X-කිරණ සපයයි. අපගේ ජාතික ආර්ථිකයට, තාක්‍ෂණයට අත්‍යවශ්‍ය වන ද්‍රව්‍ය සහ ජීව විද්‍යාත්මක ව්‍යුහයන්, මූලද්‍රව්‍ය බෙදා හැරීම, රසායනික, චුම්බක සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික තත්වයන් සහ බැටරියේ සිට ඉන්ධන ඉන්ජෙක්ටර් තුණ්ඩ දක්වා සියලු වර්ගවල තාක්‍ෂණිකව වැදගත් ඉංජිනේරු පද්ධති අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා මෙම එක්ස් කිරණ වඩාත් සුදුසු වේ. . සහ ශරීරය සෞඛ්යයේ පදනම. සෑම වසරකම, පර්යේෂකයන් 5,000 කට වඩා APS භාවිතා කර වෙනත් ඕනෑම X-ray පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථානයක පරිශීලකයින්ට වඩා වැදගත් සොයාගැනීම් සහ වඩාත් වැදගත් ජීව විද්‍යාත්මක ප්‍රෝටීන් ව්‍යුහයන් විසඳන ප්‍රකාශන 2,000 කට වඩා ප්‍රකාශයට පත් කරයි. APS විද්‍යාඥයින් සහ ඉංජිනේරුවන් විසින් ත්වරණකාරක සහ ආලෝක ප්‍රභවවල ක්‍රියාකාරීත්වය වැඩිදියුණු කිරීම සඳහා පදනම වන නව්‍ය තාක්ෂණයන් ක්‍රියාත්මක කරයි. පර්යේෂකයන් විසින් අගය කරන ලද අතිශය දීප්තිමත් X-කිරණ නිපදවන ආදාන උපාංග, නැනෝමීටර කිහිපයක් දක්වා X-කිරණ නාභිගත කරන කාච, අධ්‍යයනයට ලක්ව ඇති නියැදිය සමඟ X-කිරණ අන්තර්ක්‍රියා කරන ආකාරය උපරිම කරන උපකරණ සහ APS සොයාගැනීම් එකතු කිරීම සහ කළමනාකරණය කිරීම මෙයට ඇතුළත් වේ. පර්යේෂණ විශාල දත්ත පරිමාවක් ජනනය කරයි.
මෙම අධ්‍යයනය කොන්ත්‍රාත්තු අංක DE-AC02-06CH11357 යටතේ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුව සඳහා Argonne ජාතික රසායනාගාරය විසින් මෙහෙයවනු ලබන එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාල පරිශීලක මධ්‍යස්ථානයක් වන Advanced Photon Source වෙතින් සම්පත් භාවිතා කරන ලදී.
Argonne ජාතික රසායනාගාරය ගෘහස්ථ විද්‍යාව හා තාක්‍ෂණයේ දැවෙන ගැටලු විසඳීමට උත්සාහ කරයි. එක්සත් ජනපදයේ පළමු ජාතික රසායනාගාරය ලෙස, Argonne සෑම විද්‍යාත්මක විෂයයක් තුළම අති නවීන මූලික සහ ව්‍යවහාරික පර්යේෂණ පවත්වයි. Argonne පර්යේෂකයන් සමාගම්, විශ්ව විද්‍යාල සහ ෆෙඩරල්, ප්‍රාන්ත සහ නාගරික ආයතන සිය ගණනක පර්යේෂකයන් සමඟ සමීපව කටයුතු කරන්නේ ඔවුන්ට විශේෂිත ගැටළු විසඳීමට, එක්සත් ජනපද විද්‍යාත්මක නායකත්වය ඉදිරියට ගෙන යාමට සහ වඩා හොඳ අනාගතයක් සඳහා ජාතිය සූදානම් කිරීමට උපකාර කිරීමටය. Argone රටවල් 60 කට අධික සංඛ්‍යාවක සේවකයින් සේවයේ යොදවා ඇති අතර එය මෙහෙයවනු ලබන්නේ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලයේ UChicago Argonne, LLC විසිනි.
එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලය භෞතික විද්‍යාවන්හි මූලික පර්යේෂණ සඳහා ජාතියේ විශාලතම යෝජකයා වන අතර, අපගේ කාලයේ වඩාත්ම දැවෙන ගැටළු විසඳීමට ක්‍රියා කරයි. වැඩි විස්තර සඳහා, https://’energy.gov/science’ience වෙත පිවිසෙන්න.