Các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) có một lịch sử lâu dài về những khám phá tiên phong trong lĩnh vực pin lithium-ion. Nhiều kết quả trong số này là dành cho catốt pin, được gọi là NMC, mangan niken và oxit coban. Một pin với catốt này hiện cung cấp năng lượng cho bu -lông Chevrolet.
Các nhà nghiên cứu của Argonne đã đạt được một bước đột phá khác trong Catodes NMC. Cấu trúc hạt catốt nhỏ mới của nhóm có thể làm cho pin bền và an toàn hơn, có thể hoạt động ở điện áp rất cao và cung cấp các phạm vi di chuyển dài hơn.
Bây giờ chúng tôi có hướng dẫn rằng các nhà sản xuất pin có thể sử dụng để tạo ra các vật liệu catốt không có áp suất cao, không có biên giới, danh dự của Argonne.
Trợ lý nhà hóa học Guiliang Xu cho biết. Với việc đạp xe phóng điện, hiệu suất giảm nhanh do sự hình thành các vết nứt trong các hạt catốt. Trong nhiều thập kỷ, các nhà nghiên cứu về pin đã tìm cách sửa chữa các vết nứt này.
Một phương pháp trong quá khứ đã sử dụng các hạt hình cầu nhỏ bao gồm nhiều hạt nhỏ hơn nhiều. Các hạt hình cầu lớn là đa tinh thể, với các miền tinh thể của các hướng khác nhau. Do đó, họ có những gì các nhà khoa học gọi là ranh giới hạt giữa các hạt, có thể khiến pin bị nứt trong một chu kỳ. Để ngăn chặn điều này, các đồng nghiệp của Xu và Argonne trước đây đã phát triển một lớp phủ polymer bảo vệ xung quanh mỗi hạt. Lớp phủ này bao quanh các hạt hình cầu lớn và các hạt nhỏ hơn trong chúng.
Một cách khác để tránh loại nứt này là sử dụng các hạt tinh thể đơn. Kính hiển vi điện tử của các hạt này cho thấy chúng không có ranh giới.
Vấn đề của nhóm là các catốt được làm từ các đa tinh thể được phủ và các tinh thể đơn vẫn bị nứt trong khi đạp xe. Do đó, họ đã tiến hành phân tích sâu rộng các vật liệu catốt này tại nguồn photon tiên tiến (APS) và Trung tâm Vật liệu nano (CNM) tại Trung tâm Khoa học Argonne của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Các phân tích tia X khác nhau đã được thực hiện trên năm cánh tay APS (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C và 34-ID-E). Nó chỉ ra rằng những gì các nhà khoa học nghĩ là một tinh thể duy nhất, như thể hiện bằng kính hiển vi điện tử và tia X, thực sự có một ranh giới bên trong. Kính hiển vi điện tử quét và truyền của CNM đã xác nhận kết luận này.
Khi chúng tôi nhìn vào hình thái bề mặt của các hạt này, chúng trông giống như các tinh thể đơn lẻ, nhà vật lý Wenjun Liu nói. � � <v 但是 ， 在 使用 使用 称为 称为 同步 x 射线 射线 的 和 其他 ， ，Tuy nhiên, khi chúng tôi sử dụng một kỹ thuật gọi là kính hiển vi nhiễu xạ tia X synchrotron và các kỹ thuật khác tại APS, chúng tôi thấy rằng các ranh giới được ẩn bên trong.
Điều quan trọng, nhóm đã phát triển một phương pháp để tạo ra các tinh thể đơn không có ranh giới. Thử nghiệm các tế bào nhỏ với catốt đơn tinh thể này ở điện áp rất cao cho thấy sự tăng 25% lưu trữ năng lượng trên mỗi đơn vị khối lượng với hầu như không mất hiệu suất trong 100 chu kỳ thử nghiệm. Ngược lại, các catốt NMC bao gồm các tinh thể đơn hoặc các tinh thể đa điểm được phủ cho thấy công suất giảm 60% xuống còn 88% so với cùng một thời gian.
Tính toán quy mô nguyên tử cho thấy cơ chế giảm điện dung catốt. Theo Maria Chang, một nhà khoa học nano tại CNM, ranh giới có nhiều khả năng mất các nguyên tử oxy khi pin được sạc hơn các khu vực cách xa chúng. Sự mất oxy này dẫn đến sự xuống cấp của chu kỳ tế bào.
Các tính toán của chúng tôi cho thấy làm thế nào ranh giới có thể dẫn đến oxy được giải phóng ở áp suất cao, điều này có thể dẫn đến giảm hiệu suất, theo ông Chan Chan.
Loại bỏ ranh giới ngăn chặn sự tiến hóa oxy, do đó cải thiện sự an toàn và ổn định theo chu kỳ của cực âm. Các phép đo tiến hóa oxy với APS và một nguồn ánh sáng tiên tiến tại Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ xác nhận kết luận này.
Bây giờ chúng tôi có các hướng dẫn rằng các nhà sản xuất pin có thể sử dụng để tạo ra các vật liệu catốt không có ranh giới và hoạt động ở áp suất cao. � <Hồi 该指南应适用于 NMC 以外的其他正极材料。 � <Hồi 该指南应适用于 NMC 以外的其他正极材料。Hướng dẫn của người dùng nên áp dụng cho các vật liệu catốt khác với NMC.
Một bài viết về nghiên cứu này đã xuất hiện trên tạp chí Nature Energy. Ngoài Xu, Amin, Liu và Chang, các tác giả Argonne là Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu Zonghai Chen. Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Berkeley (Wanli Yang, Qingtian Li và Zeng Khánh Zhuo), Đại học Xiamen (Fan Jing-Jing, Ling Huang và Shi-Gang Sun) và Đại học Tsinghua (Dongsheng Ren, Xuning Feng và Ming
Về Trung tâm Vật liệu nano Argonne Trung tâm Vật liệu nano, một trong năm trung tâm nghiên cứu công nghệ nano năng lượng của Bộ Hoa Kỳ, là tổ chức người dùng quốc gia hàng đầu về nghiên cứu nano liên ngành được hỗ trợ bởi Văn phòng Khoa học Năng lượng Hoa Kỳ. Cùng với nhau, NSRC tạo thành một bộ cơ sở bổ sung cung cấp cho các nhà nghiên cứu các khả năng tiên tiến để chế tạo, xử lý, mô tả và mô hình hóa vật liệu nano và đại diện cho đầu tư cơ sở hạ tầng lớn nhất theo sáng kiến ​​công nghệ nano quốc gia. NSRC được đặt tại Phòng thí nghiệm quốc gia của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ở Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia và Los Alamos. Để biết thêm thông tin về nsrc doe, hãy truy cập https: // khoa học .osti .gov/us er-f a c i lit tức là/chúng tôi er-f a c i l nó tức là s-tại -a liếc.
Nguồn photon tiên tiến (APS) của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tại Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne là một trong những nguồn tia X năng suất cao nhất trên thế giới. APS cung cấp tia X cường độ cao cho một cộng đồng nghiên cứu đa dạng về khoa học vật liệu, hóa học, vật lý vật chất ngưng tụ, khoa học cuộc sống và môi trường và nghiên cứu ứng dụng. Những tia X này là lý tưởng để nghiên cứu vật liệu và cấu trúc sinh học, phân phối các yếu tố, trạng thái hóa học, từ tính và điện tử, và các hệ thống kỹ thuật quan trọng về mặt kỹ thuật của tất cả các loại, từ pin đến vòi phun nhiên liệu, rất quan trọng đối với nền kinh tế quốc gia của chúng ta, công nghệ của chúng ta. và cơ sở sức khỏe. Mỗi năm, hơn 5.000 nhà nghiên cứu sử dụng APS để xuất bản hơn 2.000 ấn phẩm chi tiết các khám phá quan trọng và giải quyết các cấu trúc protein sinh học quan trọng hơn so với người dùng của bất kỳ trung tâm nghiên cứu X-quang nào khác. Các nhà khoa học và kỹ sư APS đang thực hiện các công nghệ sáng tạo là cơ sở để cải thiện hiệu suất của máy gia tốc và nguồn sáng. Điều này bao gồm các thiết bị đầu vào tạo ra tia X cực kỳ sáng được đánh giá cao bởi các nhà nghiên cứu, các ống kính tập trung tia X xuống một vài nanomet, các công cụ tối đa hóa cách tia X tương tác với mẫu đang nghiên cứu và việc thu thập và quản lý các khám phá APS tạo ra khối lượng dữ liệu khổng lồ.
Nghiên cứu này sử dụng các nguồn lực từ Nguồn Photon Advanced, một Trung tâm người dùng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ được điều hành bởi Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne cho Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ theo số hợp đồng DE-AC02-06CH11357.
Phòng thí nghiệm quốc gia Argonne cố gắng giải quyết các vấn đề cấp bách của khoa học và công nghệ trong nước. Là phòng thí nghiệm quốc gia đầu tiên ở Hoa Kỳ, Argonne tiến hành nghiên cứu cơ bản và ứng dụng tiên tiến trong hầu hết mọi ngành khoa học. Các nhà nghiên cứu của Argonne làm việc chặt chẽ với các nhà nghiên cứu từ hàng trăm công ty, trường đại học và các cơ quan liên bang, tiểu bang và thành phố để giúp họ giải quyết các vấn đề cụ thể, thúc đẩy sự lãnh đạo khoa học của Hoa Kỳ và chuẩn bị cho quốc gia một tương lai tốt hơn. Argonne sử dụng nhân viên từ hơn 60 quốc gia và được điều hành bởi Uchicago Argonne, LLC của Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ.
Văn phòng Khoa học của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ là người đề xuất nghiên cứu cơ bản lớn nhất của quốc gia về khoa học vật lý, làm việc để giải quyết một số vấn đề cấp bách nhất của thời đại chúng ta. Để biết thêm thông tin, hãy truy cập https: // Ứng dụng .gov/khoa học ience.