Lêkolînerên li Laboratuwara Neteweyî ya Argonne ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê (DOE) xwedî dîrokeke dirêj a vedîtinên pêşeng di warê bataryayên lîtyum-îyon de ne. Gelek ji van encaman ji bo katoda bataryayê ne, ku jê re NMC tê gotin, nîkel-manganez û oksîda kobalt. Bataryayek bi vê katodê niha Chevrolet Bolt dixebitîne.
Lêkolînerên Argonne di katodên NMC de pêşketinek din bi dest xistin. Avahiya nû ya perçeyên katodê yên piçûk ên tîmê dikare pîlê domdartir û ewletir bike, bikaribe di voltaja pir bilind de bixebite û menzîlên rêwîtiyê yên dirêjtir peyda bike.
Khalil Amin, Argonne Fellow Emeritus, "Naha rêbernameyek me heye ku hilberînerên bateriyê dikarin ji bo çêkirina materyalên katodê yên bêsînor û zexta bilind bikar bînin."
Alîkarê kîmyager Guiliang Xu got, "Katodên NMC yên heyî ji bo xebata voltaja bilind astengiyeke mezin in." Bi çerxa barkirin-daxistinê re, performans ji ber çêbûna şikestinan di perçeyên katodê de bi lez dadikeve. Bi dehsalan e, lêkolînerên bateriyan li rêyan digerin da ku van şikestinan tamîr bikin.
Rêbazek di demên berê de perçeyên gilover ên pir piçûk bikar dianîn ku ji gelek perçeyên pir piçûktir pêk dihatin. Perçeyên gilover ên mezin polîkrîstalîn in, bi deverên krîstalî yên bi arasteyên cûrbecûr. Di encamê de, ew xwedî tiştên ku zanyar jê re dibêjin sînorên dendikê di navbera perçeyan de ne, ku dikarin bibin sedema şikestina bateriyê di dema çerxekê de. Ji bo pêşîgirtina li vê yekê, hevkarên Xu û Argonne berê li dora her perçeyek pêçek polîmer a parastinê pêşxistibûn. Ev pêç perçeyên gilover ên mezin û perçeyên piçûktir ên di nav wan de dorpêç dike.
Rêyek din ji bo dûrketina ji vî rengî şikestinê, bikaranîna perçeyên krîstalên yekane ye. Mîkroskopiya elektronî ya van perçeyan nîşan da ku sînorên wan tune ne.
Pirsgirêk ji bo tîmê ew bû ku katodên ji polîkrîstalên pêçayî û krîstalên yekane hatine çêkirin di dema çerxerêkirinê de hîn jî dişkên. Ji ber vê yekê, wan analîzek berfireh li ser van materyalên katodê li Çavkaniya Fotonê ya Pêşketî (APS) û Navenda Nanomateryalan (CNM) li Navenda Zanistî ya Argonne ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê kirin.
Analîzên cûrbecûr ên tîrêjên X li ser pênc milên APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C û 34-ID-E) hatin kirin. Derket holê ku tiştê ku zanyar difikirîn krîstalek yekane ye, wekî ku bi mîkroskopa elektron û tîrêjên X ve hatî nîşandan, di rastiyê de sînorek di hundurê wê de hebû. Mîkroskopiya elektron a şopandin û veguheztinê ya CNM-yan ev encam piştrast kir.
Fîzîknas Wenjun Liu got, "Dema ku me li morfolojiya rûyê van perçeyan nihêrî, ew dişibin krîstalên yekane." 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 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技技我们 发现 边界 隐藏 在。”"Lêbelê, dema ku me teknîkek bi navê mîkroskopiya difraksiyona tîrêjên X ya sînkrotron û teknîkên din li APS bikar anîn, me dît ku sînor di hundur de veşartî ne."
Ya girîng ew e ku tîmê rêbazek pêşxistiye ji bo hilberandina krîstalên yekane bê sînor. Ceribandina şaneyên piçûk bi vê katoda krîstala yekane di voltaja pir bilind de zêdebûnek 25% di depoya enerjiyê de li ser yekîneya qebareyê nîşan da, bêyî ku di performansê de di 100 çerxên ceribandinê de winda bibe. Berevajî vê, katodên NMC yên ji krîstalên yekane yên pir-navber an jî polîkrîstalên pêçayî pêk tên, di heman temenê jiyanê de kêmbûna kapasîteyê ji %60 heta %88 nîşan dan.
Hesabên pîvana atomî mekanîzmaya kêmkirina kapasîteya katodê eşkere dikin. Li gorî Maria Chang, nanozanistek li CNM, dema ku pîl tê şarj kirin, sînor ji deverên dûrtir ji wan bêtir îhtîmal e ku atomên oksîjenê winda bikin. Ev windabûna oksîjenê dibe sedema xirabûna çerxa şaneyê.
Chan got, "Hesabên me nîşan didin ka sînor çawa dikare bibe sedema berdana oksîjenê di bin zexta bilind de, ku ev jî dikare bibe sedema kêmbûna performansê."
Rakirina sînor rê li ber belavbûna oksîjenê digire, bi vî awayî ewlehî û aramiya çerxî ya katodê baştir dike. Pîvandina belavbûna oksîjenê bi APS û çavkaniyek ronahiyê ya pêşkeftî li Laboratuwara Neteweyî ya Lawrence Berkeley ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê vê encamê piştrast dike.
Xelîl Emîn, Argonne Fellow Emeritus got, "Niha rêbernameyên me hene ku hilberînerên bateriyê dikarin bikar bînin da ku materyalên katodê yên bê sînor çêbikin û bi zexta bilind bixebitin." 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。""Divê rêbername ji bo materyalên katodê yên ji bilî NMC-ê jî derbasdar bin."
Li ser vê lêkolînê gotarek di kovara Nature Energy de derket. Ji bilî Xu, Amin, Liu û Chang, nivîskarên Argonne jî Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjoung M. Zanyarên ji Laboratoriya Neteweyî ya Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li, û Zengqing Zhuo), Zanîngeha Xiamen (Jing-Jing Fan, Ling Huang û Shi-Gang Sun) û Zanîngeha Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng û Mingao Ouyang).
Derbarê Navenda Argonne ya Nanomateryalan Navenda Nanomateryalan, yek ji pênc navendên lêkolînê yên nanoteknolojiyê yên Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê, saziya bikarhêner a neteweyî ya sereke ye ji bo lêkolîna nanopîvan a navdîsîplînî ku ji hêla Ofîsa Zanistê ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê ve tê piştgirî kirin. Bi hev re, NSRC komek tesîsên temamker pêk tînin ku ji lêkolîneran re şiyanên herî pêşkeftî ji bo çêkirin, pêvajokirin, taybetmendîkirin û modelkirina materyalên nanopî peyda dikin û veberhênana binesaziyê ya herî mezin di bin Înîsiyatîfa Nanoteknolojiya Neteweyî de temsîl dikin. NSRC li Laboratuarên Neteweyî yên Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê li Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia, û Los Alamos ye. Ji bo bêtir agahdarî li ser NSRC DOE, serdana https://science.osti.gov/User-Faci-lit-it-ie-ies-at-a-Glance bikin.
Çavkaniya Fotonê ya Pêşketî (APS) ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê li Laboratuwara Neteweyî ya Argonne yek ji çavkaniyên tîrêjên X yên herî berhemdar li cîhanê ye. APS tîrêjên X yên bi şiddeta bilind ji bo civatek lêkolînê ya cihêreng di zanista materyalan, kîmya, fîzîka madeya kondenskirî, zanistên jiyan û jîngehê û lêkolînên sepandî de peyda dike. Ev tîrêjên X ji bo lêkolîna materyal û avahiyên biyolojîkî, belavbûna hêmanan, rewşên kîmyewî, magnetîkî û elektronîkî, û pergalên endezyariyê yên girîng ên teknîkî yên her cûre, ji bataryayan bigire heya nozulên enjeksiyona sotemeniyê, ku ji bo aboriya meya neteweyî, teknolojiyê û laş girîng in, îdeal in. Her sal, zêdetirî 5,000 lêkolîner APS bikar tînin da ku zêdetirî 2,000 weşanên ku vedîtinên girîng hûrgulî dikin û avahiyên proteînên biyolojîkî yên girîngtir ji bikarhênerên her navendek din a lêkolînê ya tîrêjên X çareser dikin, çap bikin. Zanyar û endezyarên APS teknolojiyên nûjen bicîh tînin ku bingeha baştirkirina performansa lezker û çavkaniyên ronahiyê ne. Ev cîhazên têketinê yên ku tîrêjên X yên pir geş çêdikin ku ji hêla lêkolîneran ve pir girîng in, lensên ku tîrêjên X heta çend nanometreyan disekinînin, amûrên ku awayê têkiliya tîrêjên X bi nimûneya di bin lêkolînê de herî zêde dikin, û berhevkirin û birêvebirina vedîtinên APS vedihewîne. Lêkolîn hejmareke mezin ji daneyên mezin çêdike.
Ev lêkolîn çavkaniyên ji Advanced Photon Source, Navendeke Bikarhêner a Ofîsa Zanistî ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê, ku ji hêla Laboratuwara Neteweyî ya Argonne ve ji bo Ofîsa Zanistî ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê di bin hejmara peymana DE-AC02-06CH11357 de tê xebitandin, bikar anî.
Laboratuwara Neteweyî ya Argonne hewl dide ku pirsgirêkên girîng ên zanist û teknolojiya navxweyî çareser bike. Wekî yekem laboratuwara neteweyî li Dewletên Yekbûyî, Argonne hema hema di her dîsîplîna zanistî de lêkolînên bingehîn û sepandî yên pêşkeftî pêk tîne. Lêkolînerên Argonne bi lêkolînerên ji sedan şîrket, zanîngeh û ajansên federal, eyalet û şaredariyê re ji nêz ve dixebitin da ku ji wan re bibin alîkar ku pirsgirêkên taybetî çareser bikin, pêşengiya zanistî ya Dewletên Yekbûyî pêşve bibin û neteweyê ji bo pêşerojek çêtir amade bikin. Argonne ji zêdetirî 60 welatan karmendan dixebitîne û ji hêla UChicago Argonne, LLC ya Ofîsa Zanistê ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî ve tê xebitandin.
Nivîsgeha Zanistê ya Wezareta Enerjiyê ya Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê mezintirîn alîgirê lêkolînên bingehîn di zanistên fîzîkî de ye li welêt, û ji bo çareserkirina hin ji pirsgirêkên herî girîng ên serdema me dixebite. Ji bo bêtir agahdarî, serdana https://energy.gov/science.ience bikin.