በአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ (DOE) የአርጎን ብሔራዊ ላብራቶሪ ተመራማሪዎች በሊቲየም-አዮን ባትሪዎች መስክ ፈር ቀዳጅ ግኝቶችን ረጅም ታሪክ አላቸው። ከእነዚህ ውጤቶች ውስጥ ብዙዎቹ NMC ለሚባለው የባትሪ ካቶድ፣ ኒኬል ማንጋኒዝ እና ኮባልት ኦክሳይድ ናቸው። ይህ ካቶድ ያለው ባትሪ አሁን የቼቭሮሌት ቦልትን ኃይል ይሰጣል።
የአርጎን ተመራማሪዎች በኤንኤምሲ ካቶድስ ሌላ ግኝት አግኝተዋል። የቡድኑ አዲስ ትንሽ የካቶድ ቅንጣት መዋቅር ባትሪውን የበለጠ ዘላቂ እና ደህንነቱ የተጠበቀ፣ በከፍተኛ ቮልቴጅ መስራት የሚችል እና ረጅም የጉዞ ክልሎችን የሚያቀርብ ሊሆን ይችላል።
“አሁን የባትሪ አምራቾች ከፍተኛ ግፊት ያላቸውን ድንበር የሌላቸውን የካቶድ ቁሳቁሶችን ለመስራት የሚጠቀሙበት መመሪያ አለን” ሲል ካሊል አሚን፣ የአርጎን ኤሚረስትስ አባል።
“አሁን ያሉት የNMC ካቶዶች ለከፍተኛ ቮልቴጅ ስራ ትልቅ እንቅፋት ናቸው” ሲሉ ረዳት የኬሚስት ጊሊያንግ ሹ ተናግረዋል። በቻርጅ-ፍሰት ዑደት፣ በካቶድ ቅንጣቶች ውስጥ ስንጥቆች በመፈጠራቸው ምክንያት አፈፃፀማቸው በፍጥነት ይቀንሳል። ለበርካታ አስርት ዓመታት የባትሪ ተመራማሪዎች እነዚህን ስንጥቆች ለመጠገን መንገዶችን ሲፈልጉ ቆይተዋል።
ቀደም ሲል አንድ ዘዴ ከብዙ በጣም ትናንሽ ቅንጣቶች የተዋቀሩ ትናንሽ ክብ ቅንጣቶችን ይጠቀም ነበር። ትላልቅ ክብ ቅንጣቶች ፖሊክሪስታሊን ሲሆኑ፣ የተለያዩ አቅጣጫዎች ያላቸው ክሪስታላይን ጎራዎች አሏቸው። በዚህም ምክንያት፣ ሳይንቲስቶች በቅንጣቶች መካከል የእህል ወሰኖች ብለው የሚጠሩት አላቸው፣ ይህም ባትሪው በዑደት ወቅት እንዲሰነጠቅ ሊያደርግ ይችላል። ይህንን ለመከላከል፣ ሹ እና የአርጎን ባልደረቦች ቀደም ሲል በእያንዳንዱ ቅንጣት ዙሪያ የመከላከያ ፖሊመር ሽፋን አዘጋጅተው ነበር። ይህ ሽፋን በውስጣቸው ትላልቅ ክብ ቅንጣቶችን እና ትናንሽ ቅንጣቶችን ይከብባል።
እንደዚህ አይነት ስንጥቅን ለማስወገድ ሌላኛው መንገድ ነጠላ ክሪስታል ቅንጣቶችን መጠቀም ነው። የእነዚህ ቅንጣቶች የኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ ምንም ወሰን እንደሌላቸው አሳይቷል።
የቡድኑ ችግር ከተሸፈኑ ፖሊክሪስታሎች እና ነጠላ ክሪስታሎች የተሠሩ ካቶዶች በብስክሌት ወቅት አሁንም መሰባሰባቸው ነበር። ስለዚህ፣ እነዚህን የካቶድ ቁሳቁሶች በአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የአርጎን ሳይንስ ማዕከል በሚገኘው የላቀ የፎቶን ምንጭ (APS) እና ሴንተር ፎር ናኖማቴሪያልስ (CNM) ሰፊ ትንተና አድርገዋል።
በአምስት የኤክስሬይ ክንዶች (11-ቢኤም፣ 20-ቢኤም፣ 2-አይዲ-ዲ፣ 11-አይዲ-ሲ እና 34-አይዲ-ኢ) ላይ የተለያዩ የኤክስሬይ ትንታኔዎች ተካሂደዋል። ሳይንቲስቶች በኤሌክትሮን እና በኤክስሬይ ማይክሮስኮፒ እንደሚታየው አንድ ክሪስታል ብለው የሚያስቡት ነገር በእውነቱ በውስጡ ድንበር እንዳለው ታወቀ። የሲኤንኤምዎች ቅኝት እና ስርጭት ኤሌክትሮን ማይክሮስኮፒ ይህንን መደምደሚያ አረጋግጧል።
“የእነዚህን ቅንጣቶች የገጽታ ሞርፎሎጂ ስንመለከት፣ እንደ ነጠላ ክሪስታሎች ይመስሉ ነበር” ሲሉ የፊዚክስ ሊዩ ዌንጁን ተናግረዋል። 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。” ‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹‹ >发现边界 隐藏 在。"ይሁን እንጂ፣ በAPS ውስጥ ሲንክሮትሮን ኤክስሬይ ዲፍራክሽን ማይክሮስኮፒ የሚባል ቴክኒክ እና ሌሎች ቴክኒኮችን ስንጠቀም፣ ድንበሮቹ በውስጣቸው ተደብቀው እንደነበር አግኝተናል።"
በጣም አስፈላጊው ነገር ቡድኑ ያለ ገደብ ነጠላ ክሪስታሎችን ለማምረት የሚያስችል ዘዴ አዘጋጅቷል። በዚህ ነጠላ ክሪስታል ካቶድ በጣም ከፍተኛ ቮልቴጅ ያላቸው ትናንሽ ሴሎችን መፈተሽ በአንድ አሃድ መጠን የኃይል ማከማቻ በ25% ጭማሪ አሳይቷል፣ በ100 የሙከራ ዑደቶች ላይ ምንም አይነት የአፈጻጸም ኪሳራ አላሳየም። በአንጻሩ፣ ባለብዙ-በይነገጽ ነጠላ ክሪስታሎች ወይም በተሸፈኑ ፖሊክሪስታሎች የተዋቀሩት የNMC ካቶዶች በተመሳሳይ የህይወት ዘመን ከ60% እስከ 88% የአቅም መቀነስ አሳይተዋል።
የአቶሚክ ሚዛን ስሌቶች የካቶድ አቅም መቀነስ ዘዴን ያሳያሉ። በሲኤንኤም የናኖሳይንቲስት ማሪያ ቻንግ እንዳሉት፣ ባትሪው ሲሞላ ድንበሮች ከነሱ ርቀው ከሚገኙ አካባቢዎች ይልቅ የኦክስጅን አቶሞችን የማጣት ዕድላቸው ከፍተኛ ነው። ይህ የኦክስጅን ማጣት የሴል ዑደት መበላሸትን ያስከትላል።
"የእኛ ስሌቶች ድንበሩ በከፍተኛ ግፊት ኦክስጅን እንዲለቀቅ እንዴት እንደሚያደርግ ያሳያሉ፣ ይህም የአፈጻጸም መቀነስ ሊያስከትል ይችላል" ብለዋል ቻን።
ድንበሩን ማስወገድ የኦክስጅን ዝግመተ ለውጥን ይከላከላል፣ በዚህም የካቶድ ደህንነት እና ዑደታዊ መረጋጋትን ያሻሽላል። የኦክስጅን ዝግመተ ለውጥ መለኪያዎች በAPS እና በአሜሪካ የኢነርጂ ዲፓርትመንት ሎውረንስ በርክሌይ ብሔራዊ ላብራቶሪ ውስጥ የላቀ የብርሃን ምንጭ ይህንን መደምደሚያ ያረጋግጣሉ።
«አሁን የባትሪ አምራቾች ድንበር የሌላቸውን እና በከፍተኛ ግፊት የሚሰሩ የካቶድ ቁሳቁሶችን ለመስራት የሚጠቀሙባቸው መመሪያዎች አሉን» ሲሉ የአርጎን ኤሚሪተስ አባል ካሊል አሚን ተናግረዋል። 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。”"መመሪያዎቹ ከኤንኤምሲ ውጪ ላሉ የካቶድ ቁሳቁሶች ተፈጻሚ መሆን አለባቸው።"
ስለዚህ ጥናት አንድ ጽሑፍ በተፈጥሮ ኢነርጂ መጽሔት ላይ ታየ. ከሱ፣ አሚን፣ ሊዩ እና ቻንግ በተጨማሪ፣ የአርጎኔ ደራሲዎች Xiang Liu፣ Venkata Surya Chaitanya Kolluru፣ Chen Zhao፣ Xinwei Zhou፣ Yuzi Liu፣ Liang Ying፣ Amin Daali 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 የናኖማቴሪያሎች ማዕከል ከአምስቱ የአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ ናኖቴክኖሎጂ ምርምር ማዕከላት አንዱ የሆነው የናኖማቴሪያሎች ማዕከል በአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የሳይንስ ቢሮ የሚደገፍ ሁለገብ ናኖስቴሪያል ምርምር ዋና ብሄራዊ የተጠቃሚ ተቋም ነው። በጋራ፣ NSRCዎች ተመራማሪዎች የናኖስቴጅ ቁሳቁሶችን ለማምረት፣ ለማቀነባበር፣ ለመለየት እና ሞዴሊንግ ለማድረግ ዘመናዊ ችሎታዎችን የሚሰጡ እና በብሔራዊ ናኖቴክኖሎጂ ተነሳሽነት ስር ትልቁን የመሠረተ ልማት ኢንቨስትመንት ይወክላሉ። NSRC የሚገኘው በአርጎን፣ ብሩክሃቨን፣ ሎውረንስ በርክሌይ፣ ኦክ ሪጅ፣ ሳንዲያ እና ሎስ አላሞስ በሚገኘው የአሜሪካ የኢነርጂ ብሔራዊ ላቦራቶሪዎች መምሪያ ውስጥ ነው። ስለ NSRC DOE ተጨማሪ መረጃ ለማግኘት https://science​.osti​.gov/User​-Facili​​​​ies​​/Us​ er​-Facili​​i​ie​s​-at​-a​​Glance ን ይጎብኙ።
የአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የአርጎን ብሔራዊ ላቦራቶሪ የላቀ የፎቶን ምንጭ (APS) በዓለም ላይ ካሉት እጅግ ውጤታማ የኤክስሬይ ምንጮች አንዱ ነው። APS በቁሳቁስ ሳይንስ፣ በኬሚስትሪ፣ በተጨመቀ ቁስ ፊዚክስ፣ በህይወት እና በአካባቢ ሳይንስ እና በተግባራዊ ምርምር ውስጥ ላሉ የተለያዩ የምርምር ማህበረሰብ ከፍተኛ ጥንካሬ ያለው የኤክስሬይ ጨረር ያቀርባል። እነዚህ ኤክስሬይዎች ቁሳቁሶችን እና ባዮሎጂካል አወቃቀሮችን፣ የንጥረ ነገሮችን ስርጭት፣ ኬሚካላዊ፣ ማግኔቲክ እና ኤሌክትሮኒክ ሁኔታዎችን እንዲሁም ከባትሪዎች እስከ የነዳጅ መርፌ ኖዝሎች ድረስ ሁሉንም አይነት ቴክኒካዊ አስፈላጊ የምህንድስና ስርዓቶችን ለማጥናት ተስማሚ ናቸው፣ እነዚህም ለብሔራዊ ኢኮኖሚያችን፣ ለቴክኖሎጂ እና ለሰውነታችን ጤና መሠረት ናቸው። በየዓመቱ ከ5,000 በላይ ተመራማሪዎች አስፈላጊ ግኝቶችን የሚዘረዝሩ እና ከማንኛውም ሌላ የኤክስሬይ ምርምር ማዕከል ተጠቃሚዎች የበለጠ አስፈላጊ የሆኑ ባዮሎጂካል ፕሮቲን አወቃቀሮችን የሚፈቱ ከ2,000 በላይ ህትመቶችን ለማሳተም APSን ይጠቀማሉ። የAPS ሳይንቲስቶች እና መሐንዲሶች የአፋጣኝ እና የብርሃን ምንጮችን አፈፃፀም ለማሻሻል መሰረት የሆኑ አዳዲስ ቴክኖሎጂዎችን በመተግበር ላይ ናቸው። ይህም በተመራማሪዎች ዘንድ ከፍተኛ ዋጋ ያላቸውን እጅግ በጣም ደማቅ የኤክስሬይ ጨረሮችን የሚያመነጩ የግቤት መሳሪያዎችን፣ ኤክስሬይዎችን ወደ ጥቂት ናኖሜትሮች የሚያተኩሩ ሌንሶችን፣ ኤክስሬይ ከጥናቱ ናሙና ጋር እንዴት እንደሚገናኝ ከፍ የሚያደርጉ መሳሪያዎችን እና የAPS ግኝቶችን መሰብሰብ እና ማስተዳደርን ያካትታል። ምርምር ከፍተኛ የውሂብ መጠን ይፈጥራል።
ይህ ጥናት በአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የሳይንስ ቢሮ በኮንትራት ቁጥር DE-AC02-06CH11357 ስር በአርጎን ብሔራዊ ላቦራቶሪ የሚተዳደረው የአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የሳይንስ ቢሮ የተጠቃሚ ማዕከል የሆነውን አድቫንስድ ፎቶን ሶርስ የተባሉ ግብዓቶችን ተጠቅሟል።
የአርጎን ብሔራዊ ላቦራቶሪ የአገር ውስጥ ሳይንስ እና ቴክኖሎጂን አንገብጋቢ ችግሮች ለመፍታት ይጥራል። አርጎን በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ የመጀመሪያው ብሔራዊ ላቦራቶሪ እንደመሆኑ መጠን በሁሉም ሳይንሳዊ ዘርፎች ዘመናዊ መሠረታዊ እና ተግባራዊ ምርምር ያካሂዳል። የአርጎን ተመራማሪዎች የተወሰኑ ችግሮችን ለመፍታት፣ የአሜሪካን ሳይንሳዊ አመራር ለማሳደግ እና አገሪቱን ለተሻለ የወደፊት ጊዜ ለማዘጋጀት በመቶዎች ከሚቆጠሩ ኩባንያዎች፣ ዩኒቨርሲቲዎች እና ከፌዴራል፣ ከክልል እና ከማዘጋጃ ቤት ኤጀንሲዎች ከተውጣጡ ተመራማሪዎች ጋር በቅርበት ይሰራሉ። አርጎን ከ60 በላይ አገሮች የመጡ ሠራተኞችን ቀጥሮ የሚሠራ ሲሆን የሚተዳደረው በአሜሪካ የኢነርጂ መምሪያ የሳይንስ ቢሮ ዩቺካጎ አርጎን ኤልኤልሲ ነው።
የአሜሪካ የኢነርጂ ዲፓርትመንት የሳይንስ ቢሮ በአገሪቱ ውስጥ በፊዚካል ሳይንስ ውስጥ መሰረታዊ ምርምርን የሚያበረታታ ትልቁ ደጋፊ ሲሆን በዘመናችን ካሉት በጣም አንገብጋቢ ጉዳዮች መካከል አንዳንዶቹን ለመፍታት እየሰራ ነው። ለተጨማሪ መረጃ https://energy​.gov/​science​ience ን ይጎብኙ።