यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीच्या (DOE) अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरीतील संशोधकांचा लिथियम-आयन बॅटरीच्या क्षेत्रातील अग्रगण्य शोधांचा मोठा इतिहास आहे. यापैकी बरेच परिणाम बॅटरी कॅथोडसाठी आहेत, ज्याला NMC, निकेल मँगनीज आणि कोबाल्ट ऑक्साईड म्हणतात. या कॅथोडची बॅटरी आता शेवरलेट बोल्टला शक्ती देते.
अर्गोन संशोधकांनी एनएमसी कॅथोड्समध्ये आणखी एक यश मिळवले आहे. टीमची नवीन लहान कॅथोड कण रचना बॅटरी अधिक टिकाऊ आणि सुरक्षित बनवू शकते, खूप उच्च व्होल्टेजवर ऑपरेट करू शकते आणि दीर्घ प्रवास श्रेणी प्रदान करू शकते.
"आमच्याकडे आता मार्गदर्शन आहे जे बॅटरी उत्पादक उच्च-दाब, सीमाविरहित कॅथोड सामग्री बनवण्यासाठी वापरू शकतात," खलील अमीन, अर्गोन फेलो एमेरिटस.
"विद्यमान NMC कॅथोड्स उच्च व्होल्टेजच्या कामासाठी एक मोठा अडथळा आहेत," असे असिस्टंट केमिस्ट गुइलियांग जू म्हणाले. चार्ज-डिस्चार्ज सायकलिंगसह, कॅथोड कणांमध्ये क्रॅक तयार झाल्यामुळे कार्यप्रदर्शन वेगाने कमी होते. अनेक दशकांपासून, बॅटरी संशोधक या क्रॅक दुरुस्त करण्याचे मार्ग शोधत आहेत.
भूतकाळातील एका पद्धतीमध्ये अनेक लहान गोलाकार कणांचा वापर केला जात असे. मोठे गोलाकार कण पॉलीक्रिस्टलाइन असतात, ज्यामध्ये विविध अभिमुखता असलेल्या क्रिस्टलीय डोमेन असतात. परिणामी, त्यांच्याकडे शास्त्रज्ञ कणांमधील धान्य सीमा म्हणतात, ज्यामुळे सायकल दरम्यान बॅटरी क्रॅक होऊ शकते. हे टाळण्यासाठी, जू आणि अर्गोनच्या सहकाऱ्यांनी यापूर्वी प्रत्येक कणाभोवती संरक्षक पॉलिमर कोटिंग विकसित केली होती. हे आवरण मोठे गोलाकार कण आणि त्यांच्यामध्ये लहान कणांना वेढलेले असते.
अशा प्रकारचे क्रॅकिंग टाळण्याचा दुसरा मार्ग म्हणजे सिंगल क्रिस्टल कण वापरणे. या कणांच्या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने दाखवले की त्यांना सीमा नाही.
संघासाठी समस्या अशी होती की कोटेड पॉलीक्रिस्टल्स आणि सिंगल क्रिस्टल्सपासून बनवलेले कॅथोड सायकल चालवताना अजूनही क्रॅक होतात. म्हणून, त्यांनी या कॅथोड सामग्रीचे प्रगत फोटॉन स्त्रोत (एपीएस) आणि यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीच्या अर्गोन सायन्स सेंटरमध्ये नॅनोमटेरियल्स (सीएनएम) येथे विस्तृत विश्लेषण केले.
पाच APS हातांवर (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C आणि 34-ID-E) विविध क्ष-किरण विश्लेषणे केली गेली. असे दिसून आले की इलेक्ट्रॉन आणि एक्स-रे मायक्रोस्कोपीने दर्शविल्याप्रमाणे शास्त्रज्ञांना एकच क्रिस्टल वाटले होते, प्रत्यक्षात त्याच्या आत एक सीमा होती. CNMs च्या स्कॅनिंग आणि ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने या निष्कर्षाची पुष्टी केली.
"जेव्हा आम्ही या कणांच्या पृष्ठभागाच्या आकारविज्ञानाकडे पाहिले तेव्हा ते एकल क्रिस्टल्ससारखे दिसत होते," असे भौतिकशास्त्रज्ञ वेनजुन लिऊ म्हणाले. 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.” â� <“但是 ， 当 在 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 使用 的技术 和和和和边界 隐藏 在.”"तथापि, जेव्हा आम्ही एपीएसमध्ये सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे डिफ्रॅक्शन मायक्रोस्कोपी आणि इतर तंत्रे नावाचे तंत्र वापरले, तेव्हा आम्हाला आढळले की सीमा आत लपलेल्या आहेत."
महत्त्वाचे म्हणजे, संघाने सीमांशिवाय सिंगल क्रिस्टल्स तयार करण्याची पद्धत विकसित केली आहे. या सिंगल-क्रिस्टल कॅथोडसह लहान पेशींची अत्यंत उच्च व्होल्टेजवर चाचणी केल्याने 100 चाचणी चक्रांहून अधिक कार्यक्षमतेत कोणतीही हानी न होता प्रति युनिट व्हॉल्यूम ऊर्जा संचयनात 25% वाढ दिसून आली. याउलट, मल्टी-इंटरफेस सिंगल क्रिस्टल्स किंवा कोटेड पॉलीक्रिस्टल्सने बनलेल्या NMC कॅथोड्सने त्याच जीवनकाळात 60% ते 88% ची क्षमता कमी केली.
अणु प्रमाणात गणना कॅथोड कॅपेसिटन्स कमी करण्याची यंत्रणा प्रकट करते. CNM मधील नॅनोसायंटिस्ट मारिया चँग यांच्या मते, जेव्हा बॅटरी चार्ज केली जाते तेव्हा सीमा त्यांच्यापासून दूर असलेल्या भागांपेक्षा ऑक्सिजन अणू गमावण्याची शक्यता जास्त असते. ऑक्सिजनच्या या नुकसानामुळे पेशी चक्राचा ऱ्हास होतो.
"आमची गणना दर्शवते की सीमा उच्च दाबाने ऑक्सिजन सोडण्यास कशी कारणीभूत ठरू शकते, ज्यामुळे कार्यक्षमता कमी होऊ शकते," चॅन म्हणाले.
सीमा काढून टाकणे ऑक्सिजन उत्क्रांती प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे कॅथोडची सुरक्षा आणि चक्रीय स्थिरता सुधारते. यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीच्या लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरीमधील एपीएस आणि प्रगत प्रकाश स्रोतासह ऑक्सिजन उत्क्रांती मोजमाप या निष्कर्षाची पुष्टी करतात.
“आता आमच्याकडे मार्गदर्शक तत्त्वे आहेत जी बॅटरी उत्पादक कॅथोड सामग्री बनवण्यासाठी वापरू शकतात ज्यांना सीमा नाही आणि उच्च दाबाने काम करू शकतात,” खलील अमीन, अर्गोन फेलो एमेरिटस म्हणाले. 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.”"मार्गदर्शक तत्त्वे NMC व्यतिरिक्त इतर कॅथोड सामग्रीवर लागू झाली पाहिजे."
या अभ्यासाबद्दलचा एक लेख जर्नल नेचर एनर्जीमध्ये प्रकाशित झाला. झू, अमीन, लिऊ आणि चांग यांच्या व्यतिरिक्त, अर्गोनचे लेखक शियांग लिऊ, वेंकट सूर्य चैतन्य कोल्लुरु, चेन झाओ, झिनवेई झोउ, युझी लिऊ, लिआंग यिंग, अमीन दाली, यांग रेन, वेनकियान झू, जुनजिंग डेंग, इनहुई ह्वांग, चेंगजुन सन, ताओ झोउ, मिंग डू आणि झोन्घाई चेन. लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरी (वानली यांग, क्विंगटियान ली, आणि झेंगक्विंग झुओ), झियामेन युनिव्हर्सिटी (जिंग-जिंग फॅन, लिंग हुआंग आणि शि-गँग सन) आणि त्सिंघुआ युनिव्हर्सिटी (डोंगशेंग रेन, झुनिंग फेंग आणि मिंगाओ ओउयांग) चे शास्त्रज्ञ.
नॅनोमटेरिअल्ससाठी अर्गोन सेंटर बद्दल यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी नॅनोटेक्नॉलॉजी रिसर्च सेंटर्सपैकी एक सेंटर फॉर नॅनोमटेरियल, यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीच्या सायन्स ऑफिसद्वारे समर्थित इंटरडिसिप्लिनरी नॅनोस्केल संशोधनासाठी प्रमुख राष्ट्रीय वापरकर्ता संस्था आहे. एकत्रितपणे, NSRCs पूरक सुविधांचा एक संच तयार करतात जे संशोधकांना नॅनोस्केल सामग्री तयार करणे, प्रक्रिया करणे, वैशिष्ट्यीकृत करणे आणि मॉडेलिंगसाठी अत्याधुनिक क्षमता प्रदान करतात आणि राष्ट्रीय नॅनोटेक्नॉलॉजी इनिशिएटिव्ह अंतर्गत सर्वात मोठ्या पायाभूत गुंतवणूकीचे प्रतिनिधित्व करतात. NSRC अर्गोन, ब्रूकहेव्हन, लॉरेन्स बर्कले, ओक रिज, सँडिया आणि लॉस अलामोस येथील यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी नॅशनल लॅबोरेटरीजमध्ये आहे. NSRC DOE बद्दल अधिक माहितीसाठी, https://science.osti.gov/User-Facilities/ Us ला भेट द्या एर-या-अर्थात-एक नजर.
अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरी येथील यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीचा ॲडव्हान्स्ड फोटॉन सोर्स (एपीएस) हा जगातील सर्वात उत्पादक एक्स-रे स्त्रोतांपैकी एक आहे. APS मटेरियल सायन्स, केमिस्ट्री, कंडेन्स्ड मॅटर फिजिक्स, लाईफ अँड एनव्हायर्नमेंटल सायन्सेस आणि उपयोजित संशोधनातील विविध संशोधन समुदायाला उच्च-तीव्रतेचे एक्स-रे प्रदान करते. हे क्ष-किरण साहित्य आणि जैविक संरचना, घटकांचे वितरण, रासायनिक, चुंबकीय आणि इलेक्ट्रॉनिक अवस्था आणि सर्व प्रकारच्या तांत्रिकदृष्ट्या महत्त्वाच्या अभियांत्रिकी प्रणाली, बॅटरीपासून इंधन इंजेक्टर नोझल्सपर्यंतचा अभ्यास करण्यासाठी आदर्श आहेत, जे आपल्या राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेसाठी महत्त्वपूर्ण आहेत, तंत्रज्ञान. . आणि शरीर आरोग्याचा आधार. प्रत्येक वर्षी, 5,000 हून अधिक संशोधक 2,000 हून अधिक प्रकाशने प्रकाशित करण्यासाठी APS चा वापर करतात ज्यात महत्त्वाच्या शोधांचा तपशील असतो आणि इतर कोणत्याही क्ष-किरण संशोधन केंद्राच्या वापरकर्त्यांपेक्षा अधिक महत्त्वाच्या जैविक प्रथिने संरचनांचे निराकरण होते. APS शास्त्रज्ञ आणि अभियंते नाविन्यपूर्ण तंत्रज्ञानाची अंमलबजावणी करत आहेत जे प्रवेगक आणि प्रकाश स्रोतांची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी आधार आहेत. यामध्ये संशोधकांद्वारे अत्यंत तेजस्वी क्ष-किरण तयार करणारी इनपुट उपकरणे, क्ष-किरणांना काही नॅनोमीटरपर्यंत फोकस करणारी लेन्स, अभ्यासाधीन नमुन्याशी क्ष-किरणांचा परस्परसंवाद वाढवणारी उपकरणे आणि APS शोधांचे संकलन आणि व्यवस्थापन यांचा समावेश होतो. संशोधन प्रचंड डेटा व्हॉल्यूम व्युत्पन्न करते.
या अभ्यासामध्ये DE-AC02-06CH11357 करार क्रमांक अंतर्गत यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी ऑफिस ऑफ सायन्ससाठी अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरीद्वारे संचालित यूएस डिपार्टमेंट ऑफ सायन्स युजर सेंटर, ॲडव्हान्स्ड फोटॉन सोर्स कडील संसाधनांचा वापर केला गेला.
आर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरी देशांतर्गत विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या महत्त्वाच्या समस्यांचे निराकरण करण्याचा प्रयत्न करते. युनायटेड स्टेट्समधील पहिली राष्ट्रीय प्रयोगशाळा म्हणून, Argonne अक्षरशः प्रत्येक वैज्ञानिक विषयात अत्याधुनिक मूलभूत आणि उपयोजित संशोधन करते. अर्गोन संशोधक शेकडो कंपन्या, विद्यापीठे आणि फेडरल, राज्य आणि नगरपालिका एजन्सींमधील संशोधकांसोबत जवळून काम करतात ज्यामुळे त्यांना विशिष्ट समस्या सोडवण्यासाठी, यूएस वैज्ञानिक नेतृत्वाची प्रगती करण्यासाठी आणि राष्ट्राला चांगल्या भविष्यासाठी तयार करण्यात मदत होते. Argonne 60 हून अधिक देशांतील कर्मचाऱ्यांना कामावर ठेवते आणि UChicago Argonne, LLC द्वारे यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी ऑफ सायन्सचे कार्यालय चालवले जाते.
यूएस डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जीचे ऑफिस ऑफ सायन्स हे भौतिक विज्ञानातील मूलभूत संशोधनाचे देशातील सर्वात मोठे समर्थक आहे, जे आपल्या काळातील काही सर्वात महत्त्वाच्या समस्यांचे निराकरण करण्यासाठी कार्य करते. अधिक माहितीसाठी, https://energy.gov/scienceience ला भेट द्या.