එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ (DOE) ආර්ගොන් ජාතික රසායනාගාරයේ පර්යේෂකයින්ට ලිතියම්-අයන බැටරි ක්ෂේත්‍රයේ පුරෝගාමී සොයාගැනීම් පිළිබඳ දිගු ඉතිහාසයක් ඇත. මෙම ප්‍රතිඵල බොහොමයක් NMC ලෙස හඳුන්වන බැටරි කැතෝඩය, නිකල් මැංගනීස් සහ කොබෝල්ට් ඔක්සයිඩ් සඳහා වේ. මෙම කැතෝඩය සහිත බැටරියක් දැන් Chevrolet Bolt බලගන්වයි.
ආර්ගොන් පර්යේෂකයින් NMC කැතෝඩවල තවත් ඉදිරි ගමනක් අත්කර ගෙන ඇත. කණ්ඩායමේ නව කුඩා කැතෝඩ අංශු ව්‍යුහය මඟින් බැටරිය වඩාත් කල් පවතින හා ආරක්ෂිත කළ හැකි අතර, ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතාවයකින් ක්‍රියා කිරීමට සහ දිගු ගමන් පරාසයන් ලබා දීමට හැකි වේ.
"අධි පීඩන, මායිම් රහිත කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය සෑදීම සඳහා බැටරි නිෂ්පාදකයින්ට භාවිතා කළ හැකි මාර්ගෝපදේශ දැන් අප සතුව ඇත," ආර්ගොන් හි එමරිටස් සාමාජික කලීල් අමීන්.
"පවතින NMC කැතෝඩ අධි වෝල්ටීයතා වැඩ සඳහා ප්‍රධාන බාධාවක් ඉදිරිපත් කරයි," සහකාර රසායනඥ ගුලියැං ෂු පැවසීය. ආරෝපණ-විසර්ජන චක්‍රයත් 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 ස්ඵටිකරූපී වන අතර විවිධ දිශානතිවල ස්ඵටිකරූපී වසම් ඇත. එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස, විද්‍යාඥයන් අංශු අතර ධාන්‍ය මායිම් ලෙස හඳුන්වන දේ ඔවුන් සතුව ඇති අතර එමඟින් චක්‍රයක් අතරතුර බැටරිය ඉරිතලා යා හැකිය. මෙය වළක්වා ගැනීම සඳහා, Xu සහ Argonne ගේ සගයන් මීට පෙර එක් එක් අංශුව වටා ආරක්ෂිත පොලිමර් ආලේපනයක් සංවර්ධනය කර තිබුණි. මෙම ආලේපනය විශාල ගෝලාකාර අංශු සහ ඒවා තුළ කුඩා අංශු වට කර ඇත.
මෙවැනි ඉරිතැලීම් වළක්වා ගැනීමට තවත් ක්‍රමයක් නම් තනි ස්ඵටික අංශු භාවිතා කිරීමයි. මෙම අංශුවල ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය මගින් ඒවාට සීමාවන් නොමැති බව පෙන්නුම් කරන ලදී.
කණ්ඩායමට ඇති ගැටලුව වූයේ ආලේපිත බහු ස්ඵටික සහ තනි ස්ඵටික වලින් සාදන ලද කැතෝඩ තවමත් බයිසිකල් පැදීමේදී ඉරිතලා යාමයි. එමනිසා, ඔවුන් එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ ආර්ගොන් විද්‍යා මධ්‍යස්ථානයේ උසස් ෆෝටෝන ප්‍රභවය (APS) සහ නැනෝ ද්‍රව්‍ය සඳහා මධ්‍යස්ථානය (CNM) හිදී මෙම කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය පිළිබඳ පුළුල් විශ්ලේෂණයක් සිදු කළහ.
APS අත් පහක (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C සහ 34-ID-E) විවිධ x-ray විශ්ලේෂණ සිදු කරන ලදී. ඉලෙක්ට්‍රෝන සහ X-ray අන්වීක්ෂයෙන් පෙන්නුම් කරන පරිදි, තනි ස්ඵටිකයක් යැයි විද්‍යාඥයින් සිතූ දෙයට ඇත්ත වශයෙන්ම ඇතුළත සීමාවක් ඇති බව පෙනී ගියේය. CNM වල ස්කෑන් කිරීම සහ සම්ප්‍රේෂණ ඉලෙක්ට්‍රෝන අන්වීක්ෂය මෙම නිගමනය තහවුරු කළේය.
"අපි මෙම අංශුවල මතුපිට රූප විද්‍යාව දෙස බැලූ විට, ඒවා තනි ස්ඵටික මෙන් දිස් විය," භෞතික විද්‍යාඥ වෙන්ජුන් ලියු පැවසීය. 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。” ââ <“ඔබ විසින් , 当 在 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 廅是我们 发现 边界 隐藏 在。”"කෙසේ වෙතත්, අපි APS හි සින්ක්‍රොට්‍රොන් එක්ස් කිරණ විවර්තන අන්වීක්ෂය සහ අනෙකුත් ශිල්පීය ක්‍රම නම් තාක්‍ෂණයක් භාවිතා කළ විට, මායිම් ඇතුළත සැඟවී ඇති බව අපට පෙනී ගියේය."
වැදගත් වන්නේ, කණ්ඩායම මායිම් නොමැතිව තනි ස්ඵටික නිපදවීමේ ක්‍රමයක් සකස් කර තිබීමයි. ඉතා ඉහළ වෝල්ටීයතාවයකින් මෙම තනි-ස්ඵටික කැතෝඩය සහිත කුඩා සෛල පරීක්ෂා කිරීමේදී, පරීක්ෂණ චක්‍ර 100 කට වඩා කාර්ය සාධනයේ කිසිදු අලාභයක් නොමැතිව ඒකක පරිමාවකට බලශක්ති ගබඩාවේ 25% ක වැඩිවීමක් පෙන්නුම් කළේය. ඊට වෙනස්ව, බහු-අතුරුමුහුණත් තනි ස්ඵටික හෝ ආලේපිත බහු ස්ඵටික වලින් සමන්විත NMC කැතෝඩ එකම ජීවිත කාලය තුළ 60% සිට 88% දක්වා ධාරිතාව පහත වැටීමක් පෙන්නුම් කළේය.
පරමාණුක පරිමාණ ගණනය කිරීම් මගින් කැතෝඩ ධාරණාව අඩු කිරීමේ යාන්ත්‍රණය හෙළි වේ. CNM හි නැනෝ විද්‍යාඥවරියක් වන මාරියා චැංට අනුව, බැටරිය ආරෝපණය කළ විට මායිම් ඒවායින් දුරින් පිහිටි ප්‍රදේශවලට වඩා ඔක්සිජන් පරමාණු අහිමි වීමට ඉඩ ඇත. මෙම ඔක්සිජන් නැතිවීම සෛල චක්‍රයේ පිරිහීමට හේතු වේ.
"අපගේ ගණනය කිරීම්වලින් පෙන්නුම් කරන්නේ සීමාව ඉහළ පීඩනයකදී ඔක්සිජන් මුදා හැරීමට හේතු විය හැකි බවත්, එමඟින් ක්‍රියාකාරිත්වය අඩුවීමට හේතු විය හැකි බවත්ය," චෑන් පැවසීය.
සීමාව ඉවත් කිරීම ඔක්සිජන් පරිණාමය වළක්වන අතර එමඟින් කැතෝඩයේ ආරක්ෂාව සහ චක්‍රීය ස්ථායිතාව වැඩි දියුණු වේ. එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ ලෝරන්ස් බර්ක්ලි ජාතික රසායනාගාරයේ APS සහ උසස් ආලෝක ප්‍රභවයක් සහිත ඔක්සිජන් පරිණාම මිනුම් මෙම නිගමනය සනාථ කරයි.
"දැන් අපට බැටරි නිෂ්පාදකයින්ට සීමා මායිම් නොමැති සහ ඉහළ පීඩනයකදී ක්‍රියා කරන කැතෝඩ ද්‍රව්‍ය සෑදීමට භාවිතා කළ හැකි මාර්ගෝපදේශ තිබේ," යනුවෙන් ආර්ගොන් හි එමරිටස් සාමාජික කලීල් 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 Zu Zuung, Tanhui Zu Zunang, චෙන් 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 වන ආර්ගොන් මධ්‍යස්ථානය ගැන එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ නැනෝ තාක්ෂණ පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථාන පහෙන් එකක් වන නැනෝ ද්‍රව්‍ය සඳහා වන මධ්‍යස්ථානය, එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලය විසින් සහාය දක්වන අන්තර් විෂය නැනෝ පරිමාණ පර්යේෂණ සඳහා ප්‍රමුඛතම ජාතික පරිශීලක ආයතනය වේ. එක්ව, NSRCs නැනෝ පරිමාණ ද්‍රව්‍ය නිෂ්පාදනය, සැකසීම, සංලක්ෂිත කිරීම සහ ආකෘති නිර්මාණය කිරීම සඳහා පර්යේෂකයන්ට අති නවීන හැකියාවන් සපයන අනුපූරක පහසුකම් කට්ටලයක් සාදයි සහ ජාතික නැනෝ තාක්ෂණ මුලපිරීම යටතේ විශාලතම යටිතල පහසුකම් ආයෝජනය නියෝජනය කරයි. NSRC පිහිටා ඇත්තේ ආර්ගොන්, බෲක්හේවන්, ලෝරන්ස් බර්ක්ලි, ඕක් රිජ්, සැන්ඩියා සහ ලොස් ඇලමොස් හි එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ ජාතික රසායනාගාරවල ය. NSRC DOE පිළිබඳ වැඩිදුර තොරතුරු සඳහා, https://science.osti.gov/User-Facilitiees/User-Facilitiees-at-aGlance වෙත පිවිසෙන්න.
එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ ආර්ගොන් ජාතික රසායනාගාරයේ ඇති උසස් ෆෝටෝන ප්‍රභවය (APS) ලෝකයේ වඩාත්ම ඵලදායී X-කිරණ ප්‍රභවයකි. APS ද්‍රව්‍ය විද්‍යාව, රසායන විද්‍යාව, ඝනීභූත පදාර්ථ භෞතික විද්‍යාව, ජීවය සහ පාරිසරික විද්‍යාවන් සහ ව්‍යවහාරික පර්යේෂණ යන ක්ෂේත්‍රවල විවිධ පර්යේෂණ ප්‍රජාවකට ඉහළ තීව්‍රතාවයකින් යුත් X-කිරණ සපයයි. මෙම X-කිරණ ද්‍රව්‍ය සහ ජීව විද්‍යාත්මක ව්‍යුහයන්, මූලද්‍රව්‍ය බෙදා හැරීම, රසායනික, චුම්භක සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික තත්වයන් සහ බැටරි සිට ඉන්ධන ඉන්ජෙක්ටර් තුණ්ඩ දක්වා සියලු වර්ගවල තාක්ෂණික වශයෙන් වැදගත් ඉංජිනේරු පද්ධති අධ්‍යයනය කිරීම සඳහා වඩාත් සුදුසු වේ, ඒවා අපගේ ජාතික ආර්ථිකයට, තාක්ෂණයට සහ ශරීරයට අත්‍යවශ්‍ය වේ. සෞඛ්‍යයේ පදනම. සෑම වසරකම, පර්යේෂකයින් 5,000 කට වැඩි පිරිසක් APS භාවිතා කරමින් වෙනත් ඕනෑම X-කිරණ පර්යේෂණ මධ්‍යස්ථානයක පරිශීලකයින්ට වඩා වැදගත් සොයාගැනීම් විස්තර කරන සහ වඩා වැදගත් ජීව විද්‍යාත්මක ප්‍රෝටීන් ව්‍යුහයන් විසඳන ප්‍රකාශන 2,000 කට වඩා ප්‍රකාශයට පත් කරති. APS විද්‍යාඥයින් සහ ඉංජිනේරුවන් ත්වරණකාරක සහ ආලෝක ප්‍රභවයන්ගේ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා පදනම වන නව්‍ය තාක්ෂණයන් ක්‍රියාත්මක කරමින් සිටිති. පර්යේෂකයන් විසින් අගය කරන ලද අතිශයින් දීප්තිමත් එක්ස් කිරණ නිපදවන ආදාන උපාංග, නැනෝමීටර කිහිපයක් දක්වා එක්ස් කිරණ නාභිගත කරන කාච, අධ්‍යයනයට ලක්වන නියැදිය සමඟ එක්ස් කිරණ අන්තර්ක්‍රියා කරන ආකාරය උපරිම කරන උපකරණ සහ APS සොයාගැනීම් එකතු කිරීම සහ කළමනාකරණය කිරීම මෙයට ඇතුළත් වේ. පර්යේෂණය විශාල දත්ත පරිමාවන් ජනනය කරයි.
මෙම අධ්‍යයනය සඳහා කොන්ත්‍රාත් අංකය DE-AC02-06CH11357 යටතේ එක්සත් ජනපද බලශක්ති විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුව සඳහා ආර්ගොන් ජාතික රසායනාගාරය විසින් ක්‍රියාත්මක කරනු ලබන එක්සත් ජනපද බලශක්ති විද්‍යා දෙපාර්තමේන්තුවේ පරිශීලක මධ්‍යස්ථානයක් වන උසස් ෆෝටෝන මූලාශ්‍රයෙන් සම්පත් භාවිතා කරන ලදී.
දේශීය විද්‍යාවේ සහ තාක්ෂණයේ දැවෙන ගැටළු විසඳීමට ආර්ගොන් ජාතික රසායනාගාරය උත්සාහ කරයි. එක්සත් ජනපදයේ පළමු ජාතික රසායනාගාරය ලෙස, ආර්ගොන් සෑම විද්‍යාත්මක විෂයයකම පාහේ අති නවීන මූලික සහ ව්‍යවහාරික පර්යේෂණ පවත්වයි. ආර්ගොන් පර්යේෂකයින් සමාගම්, විශ්ව විද්‍යාල සහ ෆෙඩරල්, ප්‍රාන්ත සහ නාගරික ආයතන සිය ගණනක පර්යේෂකයන් සමඟ සමීපව කටයුතු කරමින් නිශ්චිත ගැටළු විසඳීමට, එක්සත් ජනපද විද්‍යාත්මක නායකත්වය ඉදිරියට ගෙන යාමට සහ ජාතිය වඩා හොඳ අනාගතයක් සඳහා සූදානම් කිරීමට ඔවුන්ට උපකාර කරයි. ආර්ගොන් රටවල් 60 කට අධික සංඛ්‍යාවක සේවකයින් සේවයේ යොදවන අතර එය ක්‍රියාත්මක වන්නේ එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලයේ UChicago Argonne, LLC විසිනි.
එක්සත් ජනපද බලශක්ති දෙපාර්තමේන්තුවේ විද්‍යා කාර්යාලය, අපේ කාලයේ වඩාත්ම දැවෙන ගැටළු කිහිපයක් විසඳීමට කටයුතු කරන, භෞතික විද්‍යාවන්හි මූලික පර්යේෂණ සඳහා ජාතියේ විශාලතම යෝජකයා වේ. වැඩිදුර තොරතුරු සඳහා, https://​energy​.gov/​science​ience වෙත පිවිසෙන්න.