Mae gan ymchwilwyr yn Labordy Cenedlaethol Argonne Adran Ynni'r UD (DOE) hanes hir o ddarganfyddiadau arloesol ym maes batris lithiwm-ion. Mae llawer o'r canlyniadau hyn ar gyfer y catod batri, o'r enw NMC, manganîs nicel ac ocsid cobalt. Mae batri gyda'r catod hwn bellach yn pweru'r bollt Chevrolet.
Mae ymchwilwyr Argonne wedi cyflawni datblygiad arall yn NMC Cathodes. Gallai strwythur gronynnau catod bach newydd y tîm wneud y batri yn fwy gwydn a mwy diogel, yn gallu gweithredu ar folteddau uchel iawn a darparu ystodau teithio hirach.
“Bellach mae gennym arweiniad y gall gweithgynhyrchwyr batri ei ddefnyddio i wneud deunyddiau catod pwysedd uchel, heb ffin,” Khalil Amin, Cymrawd Emeritws Argonne.
“Mae cathodau NMC presennol yn cyflwyno rhwystr mawr ar gyfer gwaith foltedd uchel,” meddai’r Cemegydd Cynorthwyol Guiliang Xu. Gyda beicio rhyddhau gwefr, mae perfformiad yn gostwng yn gyflym oherwydd ffurfio craciau yn y gronynnau catod. Am ddegawdau, mae ymchwilwyr batri wedi bod yn chwilio am ffyrdd i atgyweirio'r craciau hyn.
Roedd un dull yn y gorffennol yn defnyddio gronynnau sfferig bach yn cynnwys llawer o ronynnau llawer llai. Mae gronynnau sfferig mawr yn polycrystalline, gyda pharthau crisialog o gyfeiriadau amrywiol. O ganlyniad, mae ganddyn nhw'r hyn y mae gwyddonwyr yn ei alw'n ffiniau grawn rhwng gronynnau, a all beri i'r batri gracio yn ystod cylch. Er mwyn atal hyn, roedd cydweithwyr Xu ac Argonne wedi datblygu gorchudd polymer amddiffynnol o amgylch pob gronyn o'r blaen. Mae'r gorchudd hwn yn amgylchynu gronynnau sfferig mawr a gronynnau llai ynddynt.
Ffordd arall o osgoi'r math hwn o gracio yw defnyddio gronynnau crisial sengl. Dangosodd microsgopeg electron o'r gronynnau hyn nad oes ganddynt ffiniau.
Y broblem i'r tîm oedd bod cathodau wedi'u gwneud o polycrystals wedi'u gorchuddio a chrisialau sengl yn dal i gracio yn ystod beicio. Felly, fe wnaethant gynnal dadansoddiad helaeth o'r deunyddiau catod hyn yn y Ffynhonnell Photon Uwch (APS) a Chanolfan Nanomaterials (CNM) yng Nghanolfan Wyddoniaeth Argonne Adran Ynni'r UD.
Perfformiwyd dadansoddiadau pelydr-X amrywiol ar bum braich APS (11-bm, 20-bm, 2-ID-D, 11-ID-C a 34-ID-E). Mae'n ymddangos bod gan yr hyn yr oedd gwyddonwyr yn credu ei fod yn grisial sengl, fel y dangosir gan ficrosgopeg electron a phelydr-X, ffin y tu mewn mewn gwirionedd. Cadarnhaodd sganio a throsglwyddo microsgopeg electron CNMs y casgliad hwn.
“Pan wnaethon ni edrych ar forffoleg wyneb y gronynnau hyn, roedden nhw'n edrych fel crisialau sengl,” meddai'r ffisegydd 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 使用 称为 同步 加速器 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 和 其他 时 时 ， 我们 发现 边界 边界 隐藏 在。”“Fodd bynnag, pan wnaethom ddefnyddio techneg o’r enw microsgopeg diffreithiant pelydr-X synchrotron a thechnegau eraill yn APS, gwelsom fod y ffiniau wedi’u cuddio y tu mewn.”
Yn bwysig, mae'r tîm wedi datblygu dull i gynhyrchu crisialau sengl heb ffiniau. Dangosodd profi celloedd bach gyda'r catod un grisial hwn ar folteddau uchel iawn gynnydd o 25% mewn storfa ynni fesul cyfaint uned heb bron ddim colled mewn perfformiad dros 100 o gylchoedd prawf. Mewn cyferbyniad, dangosodd cathodau NMC a oedd yn cynnwys crisialau sengl aml-ryngwyneb neu polycrystalau wedi'u gorchuddio ostyngiad capasiti o 60% i 88% dros yr un oes.
Mae cyfrifiadau graddfa atomig yn datgelu mecanwaith lleihau cynhwysedd catod. Yn ôl Maria Chang, nanowyddonydd yn CNM, mae ffiniau yn fwy tebygol o golli atomau ocsigen pan fydd y batri yn cael ei wefru nag ardaloedd ymhellach i ffwrdd oddi wrthyn nhw. Mae'r golled hon o ocsigen yn arwain at ddiraddio'r cylchred celloedd.
“Mae ein cyfrifiadau’n dangos sut y gall y ffin arwain at ryddhau ocsigen ar bwysedd uchel, a all arwain at berfformiad llai,” meddai Chan.
Mae dileu'r ffin yn atal esblygiad ocsigen, a thrwy hynny wella diogelwch a sefydlogrwydd cylchol y catod. Mae mesuriadau esblygiad ocsigen gydag APs a ffynhonnell golau uwch yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley Adran Ynni'r UD yn cadarnhau'r casgliad hwn.
“Nawr mae gennym ganllawiau y gall gweithgynhyrchwyr batri eu defnyddio i wneud deunyddiau catod nad oes ganddynt ffiniau ac yn gweithredu ar bwysedd uchel,” meddai Khalil Amin, Cymrawd Emeritws Argonne. 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。”“Dylai canllawiau fod yn berthnasol i ddeunyddiau catod heblaw NMC.”
Ymddangosodd erthygl am yr astudiaeth hon yn y cyfnodolyn Nature Energy. Yn ogystal â Xu, Amin, Liu a Chang, yr awduron Argonne yw Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Dali, Taung, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, Wendajian, WENHAJIAN, WENHAJIAN, WENHAJIAN, WENHAJIAN, WENHAJIAN, WENHAJIAN, WENHAJIAN, JUNTANGIANS Zhou, Ming Du, a Zonghai Chen. Gwyddonwyr o Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, a Zengqing Zhuo), Prifysgol Xiamen (Fan Jing-Jing, Ling Huang a Shi-Gang Sun) a Phrifysgol Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng a Mingao Ouyang).
Ynglŷn â Chanolfan Argonne ar gyfer Nanomaterials y Ganolfan Nanomaterials, un o bump o Ganolfannau Ymchwil Nanotechnoleg ynni'r UD, yw'r prif sefydliad defnyddwyr cenedlaethol ar gyfer ymchwil nanoscale rhyngddisgyblaethol a gefnogir gan Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni'r UD. Gyda'i gilydd, mae NSRCs yn ffurfio cyfres o gyfleusterau cyflenwol sy'n rhoi galluoedd o'r radd flaenaf i ymchwilwyr ar gyfer ffugio, prosesu, nodweddu a modelu deunyddiau nanoscale a chynrychioli'r buddsoddiad seilwaith mwyaf o dan y Fenter Nanotechnoleg Genedlaethol. Mae'r NSRC wedi'i leoli yn Labordai Genedlaethol Adran Ynni'r UD yn Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, a Los Alamos. I gael mwy o wybodaeth am y DOE NSRC, ewch i https: // gwyddoniaeth .osti .gov/us er-f a c i lit hy s/us er-f a c i l it hy hy s-ar -a cipolwg.
Mae Ffynhonnell Ffoton Uwch Adran Ynni'r UD (APS) yn Labordy Cenedlaethol Argonne yn un o'r ffynonellau pelydr-X mwyaf cynhyrchiol yn y byd. Mae APS yn darparu pelydrau-X dwyster uchel i gymuned ymchwil amrywiol mewn gwyddoniaeth deunyddiau, cemeg, ffiseg mater cyddwys, bywyd a gwyddorau amgylcheddol, ac ymchwil gymhwysol. Mae'r pelydrau-X hyn yn ddelfrydol ar gyfer astudio deunyddiau a strwythurau biolegol, dosbarthiad elfennau, gwladwriaethau cemegol, magnetig ac electronig, a systemau peirianneg dechnegol bwysig o bob math, o fatris i nozzles chwistrellwr tanwydd, sy'n hanfodol i'n heconomi genedlaethol, technoleg. a chorff sail iechyd. Bob blwyddyn, mae mwy na 5,000 o ymchwilwyr yn defnyddio APs i gyhoeddi mwy na 2,000 o gyhoeddiadau sy'n manylu ar ddarganfyddiadau pwysig ac yn datrys strwythurau protein biolegol pwysicach na defnyddwyr unrhyw ganolfan ymchwil pelydr-X arall. Mae gwyddonwyr a pheirianwyr APS yn gweithredu technolegau arloesol sy'n sail ar gyfer gwella perfformiad cyflymyddion a ffynonellau golau. Mae hyn yn cynnwys dyfeisiau mewnbwn sy'n cynhyrchu pelydrau-X hynod ddisglair a werthfawrogir gan ymchwilwyr, lensys sy'n canolbwyntio pelydrau-X i lawr i ychydig o nanometrau, offerynnau sy'n gwneud y mwyaf o'r ffordd y mae pelydrau-X yn rhyngweithio â'r sampl sy'n cael eu hastudio, ac mae casglu a rheoli a rheoli Ymchwil Darganfyddiadau APS yn cynhyrchu cyfeintiau data enfawr.
Defnyddiodd yr astudiaeth hon adnoddau o Uwch Photon Source, Canolfan Defnyddwyr Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni'r UD a weithredir gan Labordy Cenedlaethol Argonne ar gyfer Swyddfa Gwyddoniaeth Ynni'r UD o dan rif contract DE-AC02-06CH11357.
Mae Labordy Cenedlaethol Argonne yn ymdrechu i ddatrys problemau dybryd gwyddoniaeth a thechnoleg ddomestig. Fel y labordy cenedlaethol cyntaf yn yr Unol Daleithiau, mae Argonne yn cynnal ymchwil sylfaenol a chymhwysol blaengar ym mron pob disgyblaeth wyddonol. Mae ymchwilwyr Argonne yn gweithio’n agos gydag ymchwilwyr o gannoedd o gwmnïau, prifysgolion, ac asiantaethau ffederal, y wladwriaeth a threfol i’w helpu i ddatrys problemau penodol, hyrwyddo arweinyddiaeth wyddonol yr Unol Daleithiau, a pharatoi’r genedl ar gyfer dyfodol gwell. Mae Argonne yn cyflogi gweithwyr o dros 60 o wledydd ac yn cael ei weithredu gan UChicago Argonne, LLC o Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni'r UD.
Swyddfa Gwyddoniaeth Adran Ynni'r UD yw cynigydd mwyaf y genedl o ymchwil sylfaenol yn y gwyddorau ffisegol, gan weithio i fynd i'r afael â rhai o faterion mwyaf dybryd ein hamser. Am ragor o wybodaeth, ewch i https: // egni .gov/gwyddoniaeth ience.