Mae gan ymchwilwyr yn Labordy Cenedlaethol Argonne Adran Ynni yr Unol Daleithiau (DOE) hanes hir o ddarganfyddiadau arloesol ym maes batris lithiwm-ion. Mae llawer o'r canlyniadau hyn ar gyfer y catod batri, a elwir yn NMC, manganîs nicel a cobalt ocsid. Mae batri gyda'r catod hwn bellach yn pweru'r Chevrolet Bolt.
Mae ymchwilwyr Argonne wedi cyflawni datblygiad arloesol arall yn catodes yr NMC. 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.
“Erbyn hyn mae gennym ni ganllawiau y gall gweithgynhyrchwyr batri eu defnyddio i wneud deunyddiau catod pwysedd uchel heb ffiniau,” Khalil Amin, Cymrawd Emeritws Argonne.
“Mae catodau presennol yr NMC yn rhwystr mawr i waith foltedd uchel,” meddai’r fferyllydd cynorthwyol Guiliang Xu. Gyda beicio gwefr-rhyddhau, mae perfformiad yn gostwng yn gyflym oherwydd ffurfio craciau yn y gronynnau catod. Ers degawdau, mae ymchwilwyr batri wedi bod yn chwilio am ffyrdd o atgyweirio'r craciau hyn.
Roedd un dull yn y gorffennol yn defnyddio gronynnau sfferig bach a oedd yn cynnwys llawer o ronynnau llawer llai. Mae gronynnau sfferig mawr yn amlgrisialog, gyda pharthau crisialog o wahanol gyfeiriadau. O ganlyniad, mae ganddynt yr hyn y mae gwyddonwyr yn ei alw'n ffiniau grawn rhwng gronynnau, a all achosi i'r batri gracio yn ystod cylchred. Er mwyn atal hyn, roedd cydweithwyr Xu ac Argonne eisoes wedi datblygu cotio polymer amddiffynnol o amgylch pob gronyn. 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 catodau wedi'u gwneud o polygrisialau wedi'u gorchuddio a chrisialau sengl yn dal i gracio yn ystod beicio. Felly, gwnaethant ddadansoddiad helaeth o'r deunyddiau catod hyn yn y Ffynhonnell Ffoton Uwch (APS) a'r Ganolfan Nanomaterials (CNM) yng Nghanolfan Wyddoniaeth Argonne Adran Ynni yr Unol Daleithiau.
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 yr hyn yr oedd gwyddonwyr yn ei feddwl oedd grisial sengl, fel y dangosir gan electron a microsgopeg pelydr-X, mewn gwirionedd â ffin y tu mewn. Cadarnhaodd microsgopeg electron sganio a thrawsyrru CNMs y casgliad hwn.
“Pan edrychon ni 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的技术和在射显微镜的技术和在射显微镜的技术和圬场射加加丶在射射加术在射显微镜的技术和圬圓边界隐藏在内部。” â� <“但是，当在在使用使用种称为同步加速器 x射线 显微镜的技术加励现边界 隐藏在。”“Fodd bynnag, pan wnaethom ddefnyddio techneg o’r enw microsgopeg diffreithiant pelydr-X synchrotron a thechnegau eraill yn APS, canfuom 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 crisial sengl hwn ar folteddau uchel iawn gynnydd o 25% mewn storio ynni fesul cyfaint uned gyda bron dim colled mewn perfformiad dros 100 o gylchoedd prawf. Mewn cyferbyniad, dangosodd catodau NMC a oedd yn cynnwys crisialau sengl aml-rhyngwyneb neu bolygrisialau wedi'u gorchuddio ostyngiad cynhwysedd o 60% i 88% dros yr un oes.
Mae cyfrifiadau graddfa atomig yn datgelu mecanwaith lleihau cynhwysedd catod. Yn ôl Maria Chang, nanoswyddonydd yn CNM, mae ffiniau yn fwy tebygol o golli atomau ocsigen pan godir y batri nag ardaloedd sydd ymhellach i ffwrdd oddi wrthynt. Mae'r golled hon o ocsigen yn arwain at ddiraddio'r gylchred gell.
“Mae ein cyfrifiadau yn dangos sut y gall y ffin arwain at ryddhau ocsigen ar bwysedd uchel, a all arwain at lai o berfformiad,” 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 yr Unol Daleithiau yn cadarnhau'r casgliad hwn.
“Nawr mae gennym ni ganllawiau y gall gweithgynhyrchwyr batri eu defnyddio i wneud deunyddiau catod nad oes ganddyn nhw ffiniau a 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 Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming Du, a Zonghai Chen. Gwyddonwyr o Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, a Zengqing Zhuo), Prifysgol Xiamen (Jing-Jing Fan , Ling Huang a Shi-Gang Sun) a Phrifysgol Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng a Mingao Ouyang).
Ynglŷn â Chanolfan Nano-ddeunyddiau Argonne Y Ganolfan Nanomaterials, un o bum canolfan ymchwil nanotechnoleg Adran Ynni'r UD, yw'r prif sefydliad defnyddwyr cenedlaethol ar gyfer ymchwil nano-raddfa ryngddisgyblaethol a gefnogir gan Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni'r UD. Gyda'i gilydd, mae NSRCs yn ffurfio cyfres o gyfleusterau cyflenwol sy'n darparu galluoedd o'r radd flaenaf i ymchwilwyr ar gyfer ffugio, prosesu, nodweddu a modelu deunyddiau nanoraddfa ac yn cynrychioli'r buddsoddiad seilwaith mwyaf o dan y Fenter Nanotechnoleg Genedlaethol. Mae'r NSRC wedi'i leoli yn Labordai Cenedlaethol Adran Ynni yr Unol Daleithiau yn Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, a Los Alamos. I gael rhagor o wybodaeth am yr NSRC DOE, ewch i https://gwyddoniaeth​.osti​.gov/Us​er​-Faci​it​ ies ​er - Ffac i ie ie - Cipolwg.
Mae Ffynhonnell Ffoton Uwch (APS) Adran Ynni'r UD yn Labordy Cenedlaethol Argonne yn un o'r ffynonellau pelydr-X mwyaf cynhyrchiol yn y byd. Mae APS yn darparu pelydrau-X dwysedd uchel i gymuned ymchwil amrywiol mewn gwyddor deunyddiau, cemeg, ffiseg mater cyddwys, gwyddorau bywyd a'r amgylchedd, ac ymchwil gymhwysol. Mae'r pelydrau-X hyn yn ddelfrydol ar gyfer astudio deunyddiau a strwythurau biolegol, dosbarthiad elfennau, cyflyrau cemegol, magnetig ac electronig, a systemau peirianneg technegol bwysig o bob math, o fatris i ffroenellau chwistrellu tanwydd, sy'n hanfodol i'n heconomi genedlaethol, technoleg . a chorff Sail iechyd. Bob blwyddyn, mae mwy na 5,000 o ymchwilwyr yn defnyddio Gwasanaeth Seneddol y Cynulliad i gyhoeddi mwy na 2,000 o gyhoeddiadau yn manylu ar ddarganfyddiadau pwysig a 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 i wella perfformiad cyflymwyr a ffynonellau golau. Mae hyn yn cynnwys dyfeisiau mewnbwn sy'n cynhyrchu pelydrau-X hynod o ddisglair a werthfawrogir gan ymchwilwyr, lensys sy'n canolbwyntio pelydrau-X 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 ei astudio, a chasglu a rheoli darganfyddiadau APS Mae ymchwil yn cynhyrchu symiau enfawr o ddata.
Defnyddiodd yr astudiaeth hon adnoddau o Advanced Photon Source, Canolfan Defnyddiwr Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni yr Unol Daleithiau a weithredir gan Labordy Cenedlaethol Argonne ar gyfer Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni yr 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 arloesol ym mron pob disgyblaeth wyddonol. Mae ymchwilwyr Argonne yn gweithio'n agos gydag ymchwilwyr o gannoedd o gwmnïau, prifysgolion, ac asiantaethau ffederal, gwladwriaethol 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 fe'i gweithredir gan UChicago Argonne, LLC o Swyddfa Gwyddoniaeth Adran Ynni'r UD.
Swyddfa Wyddoniaeth Adran Ynni'r UD yw cynigydd ymchwil sylfaenol mwyaf y genedl yn y gwyddorau ffisegol, gan weithio i fynd i'r afael â rhai o faterion mwyaf dybryd ein hoes. I gael rhagor o wybodaeth, ewch i https://energy​.gov/science​.