የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት (DOE) የአርጎን ናሽናል ላብራቶሪ ተመራማሪዎች በሊቲየም-አዮን ባትሪዎች መስክ ፈር ቀዳጅ በመሆን ረጅም ታሪክ አላቸው። ከእነዚህ ውጤቶች ውስጥ ብዙዎቹ ኤንኤምሲ፣ ኒኬል ማንጋኒዝ እና ኮባልት ኦክሳይድ የተባሉት የባትሪ ካቶድ ናቸው። ይህ ካቶድ ያለው ባትሪ አሁን Chevrolet Bolt ን ያመነጫል።
የአርጎን ተመራማሪዎች በ NMC ካቶዴስ ውስጥ ሌላ ግኝት አግኝተዋል. የቡድኑ አዲሱ ትንሽ የካቶድ ቅንጣት መዋቅር ባትሪውን የበለጠ ዘላቂ እና ደህንነቱ የተጠበቀ ያደርገዋል፣በጣም ከፍተኛ ቮልቴጅ መስራት የሚችል እና ረጅም የጉዞ ክልሎችን ያቀርባል።
"አሁን የባትሪ አምራቾች ከፍተኛ ግፊት እና ድንበር የለሽ የካቶድ ቁሳቁሶችን ለመሥራት ሊጠቀሙበት የሚችሉበት መመሪያ አለን," Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus.
"አሁን ያሉት የኤንኤምሲ ካቶዶች ለከፍተኛ የቮልቴጅ ሥራ ትልቅ እንቅፋት ይፈጥራሉ" ሲል ረዳት ኬሚስት ጊሊያንግ ሹ ተናግሯል። በክፍያ-ፈሳሽ ብስክሌት, በካቶድ ቅንጣቶች ውስጥ ስንጥቆች በመፈጠሩ አፈፃፀሙ በፍጥነት ይቀንሳል. ለበርካታ አሥርተ ዓመታት የባትሪ ተመራማሪዎች እነዚህን ስንጥቆች ለመጠገን መንገዶችን ይፈልጋሉ.
ቀደም ባሉት ጊዜያት አንዱ ዘዴ ከብዙ ትናንሽ ቅንጣቶች የተውጣጡ ጥቃቅን ክብ ቅንጣቶችን ይጠቀም ነበር። ትላልቅ ሉላዊ ቅንጣቶች ፖሊክሪስታሊን ናቸው፣ የተለያዩ አቅጣጫዎች ያላቸው የክሪስታል ጎራዎች። በውጤቱም, ሳይንቲስቶች በእህል ቅንጣቶች መካከል ያሉ የእህል ድንበሮች ብለው የሚጠሩት ነገር አላቸው, ይህም ባትሪው በአንድ ዑደት ውስጥ እንዲሰነጠቅ ሊያደርግ ይችላል. ይህንን ለመከላከል የ Xu እና የአርጎን ባልደረቦች ቀደም ሲል በእያንዳንዱ ቅንጣቶች ዙሪያ መከላከያ ፖሊመር ሽፋን ሠርተዋል. ይህ ሽፋን ትላልቅ ሉላዊ ቅንጣቶችን እና በውስጣቸው ትናንሽ ቅንጣቶችን ይሸፍናል.
ሌላው የዚህ አይነት መሰንጠቅን ለማስወገድ ነጠላ ክሪስታል ቅንጣቶችን መጠቀም ነው። የእነዚህ ቅንጣቶች ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፕ ምንም ወሰን እንደሌለው አሳይቷል.
የቡድኑ ችግር ከተሸፈኑ ፖሊክሪስታሎች እና ነጠላ ክሪስታሎች የተሰሩ ካቶዶች በብስክሌት ጉዞ ወቅት አሁንም መሰንጠቅ ነው። ስለዚህ በዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት አርጎን ሳይንስ ሴንተር Advanced Photon Source (APS) እና Center for Nanomaterials (CNM) በነዚህ የካቶድ ቁሳቁሶች ላይ ሰፊ ትንታኔ አድርገዋል።
በአምስት የኤፒኤስ ክንዶች (11-BM፣ 20-BM፣ 2-ID-D፣ 11-ID-C እና 34-ID-E) ላይ የተለያዩ የኤክስሬይ ትንታኔዎች ተካሂደዋል። በኤሌክትሮን እና በኤክስሬይ ማይክሮስኮፒ እንደታየው ሳይንቲስቶች አንድ ነጠላ ክሪስታል ብለው ያስቡት በእውነቱ በውስጡ ወሰን ነበረው ። የ CNMs ኤሌክትሮኖች አጉሊ መነጽር መቃኘት እና ማስተላለፍ ይህንን መደምደሚያ አረጋግጧል።
የፊዚክስ ሊቅ ዌንጁን ሊዩ "የእነዚህን ቅንጣቶች ገጽታ ስንመለከት ነጠላ ክሪስታሎች ይመስላሉ" ብለዋል. â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X界隐藏在内部。” ‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹ >边界 隐藏 在。ነገር ግን በኤፒኤስ ሲንክሮትሮን ኤክስሬይ ዲፍራክሽን ማይክሮስኮፒ እና ሌሎች ቴክኒኮችን ስንጠቀም ድንበሮቹ ውስጥ ተደብቀዋል።
በአስፈላጊ ሁኔታ, ቡድኑ ያለ ገደብ ነጠላ ክሪስታሎች ለማምረት የሚያስችል ዘዴ አዘጋጅቷል. ትናንሽ ሴሎችን በዚህ ነጠላ-ክሪስታል ካቶድ በከፍተኛ የቮልቴጅ መፈተሽ በአንድ አሃድ መጠን 25% የኢነርጂ ማከማቻ ጭማሪ አሳይቷል ከ100 በላይ የሙከራ ዑደቶች አፈጻጸም ምንም ኪሳራ የለውም። በአንፃሩ፣ ኤንኤምሲ ካቶዴስ ባለብዙ ኢንተርፌስ ነጠላ ክሪስታሎች ወይም የተሸፈኑ ፖሊክሪስታሎች የተዋቀሩ የአቅም መጠን ከ60% እስከ 88% በተመሳሳይ የህይወት ዘመን አሳይተዋል።
የአቶሚክ ሚዛን ስሌቶች የካቶድ አቅምን የመቀነስ ዘዴን ያሳያሉ። በሲኤንኤም የናኖሳይንቲስት ባለሙያ የሆኑት ማሪያ ቻንግ እንዳሉት ድንበሮች ባትሪው በሚሞላበት ጊዜ የኦክስጂን አተሞች የማጣት እድላቸው ከፍተኛ ነው ከነሱ ርቀው ከሚገኙ አካባቢዎች ይልቅ። ይህ የኦክስጅን መጥፋት የሕዋስ ዑደት መበላሸትን ያስከትላል.
"የእኛ ስሌቶች ድንበሩ በከፍተኛ ግፊት ወደ ኦክሲጅን እንዴት እንደሚለቀቅ ያሳያል, ይህም ወደ አፈፃፀም እንዲቀንስ ሊያደርግ ይችላል" ብለዋል ቻን.
ድንበሩን ማስወገድ የኦክስጂን ዝግመተ ለውጥን ይከላከላል, በዚህም የካቶድ ደህንነትን እና የሳይክል መረጋጋትን ያሻሽላል. የኦክስጅን የዝግመተ ለውጥ መለኪያዎች ከኤፒኤስ እና የላቀ የብርሃን ምንጭ በዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት ሎውረንስ በርክሌይ ብሔራዊ ቤተ ሙከራ ይህንን መደምደሚያ ያረጋግጣሉ።
"አሁን የባትሪ አምራቾች ምንም ወሰን የሌላቸው እና በከፍተኛ ግፊት የሚሰሩ የካቶድ ቁሳቁሶችን ለመሥራት የሚጠቀሙባቸው መመሪያዎች አሉን" ሲል የአርጎን ፌሎው ኢሜሪተስ ካሊል አሚን ተናግሯል. 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。”"መመሪያው ከኤንኤምሲ ውጪ ለካቶድ ቁሳቁሶች መተግበር አለበት።"
ስለዚህ ጥናት አንድ ጽሑፍ በተፈጥሮ ኢነርጂ መጽሔት ላይ ታየ. ከ Xu፣ አሚን፣ ሊዩ እና ቻንግ በተጨማሪ፣ የአርጎኔ ደራሲዎች 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፣ ሚንግ ዱ እና ዞንጋይ ቼን። ሳይንቲስቶች ከሎውረንስ በርክሌይ ብሔራዊ ላቦራቶሪ (ዋንሊ ያንግ፣ ኪንግቲያን ሊ እና ዜንግኪንግ ዙኦ)፣ Xiamen ዩኒቨርሲቲ (ጂንግ-ጂንግ ፋን ፣ ሊንግ ሁዋንግ እና ሺ-ጋንግ ሱን) እና Tsinghua ዩኒቨርሲቲ (ዶንግሼንግ ሬን ፣ ሹኒንግ ፉንግ እና ሚንጋኦ ኦውያንግ)።
ስለ አርጎን የናኖ ማቴሪያሎች ማእከል ከአምስቱ የአሜሪካ የኃይል ናኖቴክኖሎጂ የምርምር ማዕከላት አንዱ የሆነው የናኖ ማቴሪያሎች ማዕከል በዩኤስ ኢነርጂ ቢሮ የሳይንስ ቢሮ የሚደገፈው የኢንተርዲሲፕሊን ናኖስኬል ምርምር ቀዳሚ ብሄራዊ የተጠቃሚ ተቋም ነው። ኤንኤስአርሲዎች በጋራ በመሆን ናኖስኬል ቁሳቁሶችን ለማምረት፣ ለማቀነባበር፣ ለመጠቆም እና ለመቅረጽ ዘመናዊ ችሎታዎችን ለተመራማሪዎች የሚያቀርቡ ተጨማሪ መገልገያዎችን ይመሰርታሉ እና በብሔራዊ ናኖቴክኖሎጂ ኢኒሼቲቭ ስር ትልቁን የመሠረተ ልማት ኢንቨስትመንት ይወክላሉ። NSRC የሚገኘው በአርጎኔ፣ ብሩክሃቨን፣ ሎውረንስ በርክሌይ፣ ኦክ ሪጅ፣ ሳንዲያ እና ሎስ አላሞስ ውስጥ በሚገኘው የአሜሪካ የኢነርጂ ብሄራዊ ቤተ ሙከራ ውስጥ ነው። ስለ NSRC DOE ተጨማሪ መረጃ ለማግኘት https://science ኧረ - ፋሲል ይህ ማለት - በጨረፍታ።
የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የላቀ የፎቶን ምንጭ (ኤፒኤስ) በአርጎኔ ብሄራዊ ላቦራቶሪ በዓለም ላይ ካሉ ምርታማ የኤክስሬይ ምንጮች አንዱ ነው። APS በቁሳቁስ ሳይንስ፣ ኬሚስትሪ፣ ኮንደንስድ ቁስ ፊዚክስ፣ ህይወት እና አካባቢ ሳይንሶች እና በተግባራዊ ምርምር ለተለያዩ የምርምር ማህበረሰቦች ከፍተኛ-ኃይለኛ ኤክስሬይ ያቀርባል። እነዚህ ኤክስሬይ ለሀገራዊ ኢኮኖሚያችን፣ ለቴክኖሎጂ አስፈላጊ የሆኑትን ቁሳቁሶች እና ባዮሎጂካል አወቃቀሮችን፣ የንጥረ ነገሮችን ስርጭትን፣ የኬሚካል፣ መግነጢሳዊ እና ኤሌክትሮኒክስ ግዛቶችን እና ሁሉንም አይነት ቴክኒካል ጠቃሚ የምህንድስና ሥርዓቶችን ከባትሪ እስከ ነዳጅ ኢንጀክተር ኖዝሎችን ለማጥናት ምቹ ናቸው። . እና አካል የጤና መሠረት. በየአመቱ ከ5,000 በላይ ተመራማሪዎች ከ2,000 በላይ ህትመቶችን ለማተም ኤፒኤስን ይጠቀማሉ ጠቃሚ ግኝቶችን የሚዘረዝሩ እና የበለጠ ጠቃሚ የባዮሎጂካል ፕሮቲን አወቃቀሮችን ከየትኛውም የኤክስ ሬይ የምርምር ማዕከል ተጠቃሚዎች የበለጠ ለመፍታት። የኤፒኤስ ሳይንቲስቶች እና መሐንዲሶች የፍጥነት ማድረጊያ እና የብርሃን ምንጮችን አፈፃፀም ለማሻሻል መሰረት የሆኑትን የፈጠራ ቴክኖሎጂዎችን በመተግበር ላይ ናቸው። ይህ በተመራማሪዎች የተሸለሙ እጅግ ደማቅ ኤክስ ሬይ የሚያመርቱ የግቤት መሳሪያዎች፣ ኤክስሬይ እስከ ጥቂት ናኖሜትሮች ድረስ የሚያተኩሩ ሌንሶች፣ ኤክስሬይ በጥናት ላይ ካለው ናሙና ጋር የሚገናኝበትን መንገድ ከፍ የሚያደርጉ መሳሪያዎችን እና የኤፒኤስ ግኝቶችን መሰብሰብ እና ማስተዳደርን ያጠቃልላል። ምርምር ከፍተኛ መጠን ያለው የውሂብ መጠን ይፈጥራል.
ይህ ጥናት በኮንትራት ቁጥር DE-AC02-06CH11357 ስር በአርጎኔ ናሽናል ላቦራቶሪ የሚተዳደረው ከላቁ የፎቶን ምንጭ ከዩኤስ ኢነርጂ ቢሮ የሳይንስ ተጠቃሚ ማዕከል የተገኘውን ሃብት ተጠቅሟል።
የአርጎኔ ብሔራዊ ላቦራቶሪ የአገር ውስጥ ሳይንስ እና ቴክኖሎጂን አንገብጋቢ ችግሮች ለመፍታት ይጥራል። በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ የመጀመሪያው ብሄራዊ ቤተ-ሙከራ እንደመሆኑ መጠን፣ አርጎን በሁሉም ሳይንሳዊ ዲሲፕሊንቶች ውስጥ እጅግ በጣም ጥሩ መሠረታዊ እና ተግባራዊ ምርምርን ያካሂዳል። የአርጎን ተመራማሪዎች የተወሰኑ ችግሮችን ለመፍታት፣ የአሜሪካ ሳይንሳዊ አመራርን ለማራመድ እና ሀገሪቱን ለተሻለ ጊዜ ለማዘጋጀት በመቶዎች ከሚቆጠሩ ኩባንያዎች፣ ዩኒቨርሲቲዎች እና የፌዴራል፣ የክልል እና የማዘጋጃ ቤት ኤጀንሲዎች ከተውጣጡ ተመራማሪዎች ጋር በቅርበት ይሰራሉ። አርጎን ከ60 በላይ ሀገራት ሰራተኞችን የሚቀጥር ሲሆን በዩቺካጎ አርጎኔ LLC በዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የሳይንስ ቢሮ የሚሰራ ነው።
የዩኤስ ኢነርጂ ዲፓርትመንት የሳይንስ ቢሮ በሀገሪቷ ትልቁ በፊዚካል ሳይንሶች ውስጥ መሰረታዊ ምርምርን የሚደግፍ ሲሆን በጊዜያችን ያሉ አንዳንድ አንገብጋቢ ጉዳዮችን ለመፍታት እየሰራ ነው። ለበለጠ መረጃ https://energy.gov/scienceienceን ይጎብኙ።