अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागातील (डीओई) अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरीच्या संशोधकांचा लिथियम-आयन बॅटरीच्या क्षेत्रात अग्रगण्य शोधांचा दीर्घ इतिहास आहे. यापैकी बरेच परिणाम बॅटरी कॅथोडसाठी आहेत, ज्याला एनएमसी, निकेल मॅंगनीज आणि कोबाल्ट ऑक्साईड म्हणतात. या कॅथोडसह बॅटरी आता शेवरलेट बोल्टला सामर्थ्य देते.
अर्गोने संशोधकांनी एनएमसी कॅथोड्समध्ये आणखी एक यश मिळवले आहे. कार्यसंघाची नवीन लहान कॅथोड कण रचना बॅटरी अधिक टिकाऊ आणि सुरक्षित बनवू शकते, अत्यंत उच्च व्होल्टेजवर ऑपरेट करण्यास आणि लांब प्रवासाच्या श्रेणी प्रदान करण्यास सक्षम.
“आमच्याकडे आता मार्गदर्शन आहे की बॅटरी उत्पादक उच्च-दाब, बॉर्डरलेस कॅथोड सामग्री तयार करण्यासाठी वापरू शकतात,” खलील अमीन, आर्गोने फेलो इमेरिटस.
“विद्यमान एनएमसी कॅथोड्स उच्च व्होल्टेजच्या कामासाठी एक मोठा अडथळा सादर करतात,” सहाय्यक केमिस्ट गिलियांग झू म्हणाले. चार्ज-डिस्चार्ज सायकलिंगसह, कॅथोड कणांमध्ये क्रॅक तयार झाल्यामुळे कार्यप्रदर्शन वेगाने कमी होते. अनेक दशकांपासून, बॅटरी संशोधक या क्रॅक दुरुस्त करण्याचे मार्ग शोधत आहेत.
पूर्वीच्या एका पद्धतीने बर्‍याच लहान कणांनी बनविलेले लहान गोलाकार कण वापरले. मोठ्या गोलाकार कण पॉलीक्रिस्टलिन आहेत, विविध अभिमुखतेच्या क्रिस्टलीय डोमेनसह. परिणामी, त्यांच्याकडे वैज्ञानिक कणांमधील धान्य सीमा म्हणतात, ज्यामुळे चक्र दरम्यान बॅटरी क्रॅक होऊ शकते. हे टाळण्यासाठी, झू आणि अर्गोनच्या सहका्यांनी यापूर्वी प्रत्येक कणभोवती एक संरक्षणात्मक पॉलिमर कोटिंग विकसित केले होते. या कोटिंगमध्ये मोठ्या गोलाकार कण आणि त्यामध्ये लहान कण आहेत.
या प्रकारच्या क्रॅकिंग टाळण्याचा आणखी एक मार्ग म्हणजे एकल क्रिस्टल कण वापरणे. या कणांच्या इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने हे सिद्ध केले की त्यांच्याकडे सीमा नाही.
संघासाठी समस्या अशी होती की लेपित पॉलीक्रिस्टल्स आणि सिंगल क्रिस्टल्सपासून बनविलेले कॅथोड्स अजूनही सायकलिंग दरम्यान क्रॅक झाले आहेत. म्हणूनच, त्यांनी या कॅथोड सामग्रीचे प्रगत फोटॉन स्त्रोत (एपीएस) आणि सेंटर फॉर नॅनोमेटेरियल्स (सीएनएम) येथे अमेरिकेच्या उर्जा अर्गोन सायन्स सेंटरमध्ये विस्तृत विश्लेषण केले.
पाच एपीएस हात (11-बीएम, 20-बीएम, 2-आयडी-डी, 11-आयडी-सी आणि 34-आयडी-ई) वर विविध एक्स-रे विश्लेषणे केली गेली. इलेक्ट्रॉन आणि एक्स-रे मायक्रोस्कोपीद्वारे दर्शविल्याप्रमाणे, वैज्ञानिकांनी जे एकच क्रिस्टल होते ते एकच क्रिस्टल असल्याचे दिसून आले. सीएनएमच्या स्कॅनिंग आणि ट्रान्समिशन इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपीने या निष्कर्षाची पुष्टी केली.
भौतिकशास्त्रज्ञ वेनजुन लिऊ म्हणाले, “जेव्हा आम्ही या कणांच्या पृष्ठभागाच्या मॉर्फोलॉजीकडे पाहिले तेव्हा ते एकल क्रिस्टल्ससारखे दिसत होते. 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 当 在 在 使用 种 称为 同步 同步 加速器 加速器 射线 显微镜 技术 和 和 其他 ， ， 我们 发现 隐藏 在。 在。”"तथापि, जेव्हा आम्ही एपीएस मधील सिंक्रोट्रॉन एक्स-रे डिफ्रक्शन मायक्रोस्कोपी आणि इतर तंत्र नावाचे तंत्र वापरले तेव्हा आम्हाला आढळले की सीमा आत लपलेल्या आहेत."
महत्त्वाचे म्हणजे, कार्यसंघाने सीमांशिवाय एकल क्रिस्टल्स तयार करण्याची एक पद्धत विकसित केली आहे. अत्यंत उच्च व्होल्टेजवर या सिंगल-क्रिस्टल कॅथोडसह लहान पेशींची चाचणी केल्याने 100 चाचणी चक्रांवरील कामगिरीमध्ये अक्षरशः तोटा न करता प्रति युनिट व्हॉल्यूममध्ये उर्जा संचयनात 25% वाढ दिसून आली. याउलट, मल्टी-इंटरफेस सिंगल क्रिस्टल्स किंवा लेपित पॉलीक्रिस्टल्सने बनविलेले एनएमसी कॅथोड्सने त्याच आयुष्यात 60% ते 88% क्षमता कमी केली.
अणु स्केल गणनांमध्ये कॅथोड कॅपेसिटन्स कपातची यंत्रणा प्रकट होते. सीएनएमच्या नॅनोसाइंटिस्ट मारिया चांग यांच्या मते, जेव्हा बॅटरी त्यांच्यापासून दूर असलेल्या भागांपेक्षा बॅटरी चार्ज केली जाते तेव्हा सीमा ऑक्सिजन अणू गमावण्याची शक्यता जास्त असते. ऑक्सिजनच्या या नुकसानामुळे सेल चक्राचे र्‍हास होते.
"आमच्या गणनेनुसार हे दर्शविते की सीमा उच्च दाबाने ऑक्सिजनला कसे सोडले जाऊ शकते, ज्यामुळे कामगिरी कमी होऊ शकते," चॅन म्हणाले.
सीमा काढून टाकणे ऑक्सिजनच्या उत्क्रांतीस प्रतिबंधित करते, ज्यामुळे कॅथोडची सुरक्षा आणि चक्रीय स्थिरता सुधारते. एपीएससह ऑक्सिजन उत्क्रांती मोजमाप आणि अमेरिकेच्या उर्जा विभागातील लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरीमध्ये प्रगत प्रकाश स्त्रोत या निष्कर्षाची पुष्टी करतात.
“आता आमच्याकडे मार्गदर्शक तत्त्वे आहेत की बॅटरी उत्पादक कॅथोड साहित्य तयार करण्यासाठी वापरू शकतात ज्यांची सीमा नसलेली आणि उच्च दाबाने कार्य करू शकते,” अर्गोने फेलो एमेरिटस खलील अमीन म्हणाले. â� <“该指南应适用于 एनएमसी 以外的其他正极材料。” â� <“该指南应适用于 एनएमसी 以外的其他正极材料。”"एनएमसी व्यतिरिक्त इतर कॅथोड सामग्रीवर मार्गदर्शक तत्त्वे लागू केल्या पाहिजेत."
या अभ्यासाबद्दल एक लेख नेचर एनर्जी या जर्नलमध्ये दिसून आला. झू, अमीन, लियू आणि चांग यांच्या व्यतिरिक्त, आर्गोने लेखक झियांग लिऊ, वेंकता सूर्य चैतन्य कोलुरू, चेन झाओ, झिनवेई झोउ, युझी लिऊ, लिआंग यिंग, अमीन दली, यांग रेन, व्हेन्कियन झ्यू, हूंग, हूंग, हूंग, हूंग. झोंगाई चेन. लॉरेन्स बर्कले नॅशनल लॅबोरेटरी (वानली यांग, किंग्टियन ली, आणि झेंगकिंग झुओ), झियामेन युनिव्हर्सिटी (जिंग-जिंग फॅन, लिंग हुआंग आणि शि-गंग सन) आणि त्सिंगुआ युनिव्हर्सिटी (डोंगशेंग रेन, झुनिंग फेंग आणि मिंगो ओउयांग) मधील शास्त्रज्ञ.
अर्गोन सेंटर फॉर नॅनोमेटेरियल्स या सेंटर फॉर नॅनोमेटेरियल्स, अमेरिकेच्या पाच अमेरिकेच्या एनर्जी नॅनोटेक्नॉलॉजी रिसर्च सेंटरपैकी एक, अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाच्या विज्ञान कार्यालयाने समर्थित अंतःविषय नॅनोस्केल संशोधनासाठी प्रमुख राष्ट्रीय वापरकर्ता संस्था आहे. एकत्रितपणे, एनएसआरसी पूरक सुविधांचा एक संच तयार करतात जे संशोधकांना नॅनोस्केल सामग्री बनविणे, प्रक्रिया करणे, वैशिष्ट्यीकृत करणे आणि मॉडेलिंग करण्यासाठी अत्याधुनिक क्षमता प्रदान करतात आणि राष्ट्रीय नॅनोटेक्नॉलॉजी उपक्रमांतर्गत सर्वात मोठ्या पायाभूत सुविधांच्या गुंतवणूकीचे प्रतिनिधित्व करतात. एनएसआरसी अर्गोने, ब्रूकहावेन, लॉरेन्स बर्कले, ओक रिज, सँडिया आणि लॉस अलामोसमधील अमेरिकेच्या ऊर्जा राष्ट्रीय प्रयोगशाळांमध्ये आहे. एनएसआरसी डीओई बद्दल अधिक माहितीसाठी, https: // विज्ञान .osti .gov/use er-f a c i lit ie s/user-f a c i l it ie ie ie s-at -a glance वर भेट द्या.
अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरी मधील अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागातील प्रगत फोटॉन स्त्रोत (एपीएस) जगातील सर्वात उत्पादक एक्स-रे स्त्रोतांपैकी एक आहे. एपीएस मटेरियल सायन्स, केमिस्ट्री, कंडेन्स्ड मॅटर फिजिक्स, लाइफ अँड एन्व्हायर्नमेंटल सायन्सेस आणि अप्लाइड रिसर्च या विविध संशोधन समुदायाला उच्च-तीव्रतेचे क्ष-किरण प्रदान करते. हे एक्स-रे साहित्य आणि जैविक संरचनांचा अभ्यास करण्यासाठी, घटकांचे वितरण, रासायनिक, चुंबकीय आणि इलेक्ट्रॉनिक राज्ये आणि सर्व प्रकारच्या तांत्रिकदृष्ट्या महत्त्वपूर्ण अभियांत्रिकी प्रणाली, बॅटरीपासून इंधन इंजेक्टर नोजलपर्यंत, जे आपल्या राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेसाठी, तंत्रज्ञानासाठी महत्त्वपूर्ण आहेत याचा अभ्यास करण्यासाठी आदर्श आहेत. आणि शरीर आरोग्याचा आधार. दरवर्षी, 5,000 हून अधिक संशोधक एपीचा वापर एपीएसचा वापर करतात आणि इतर कोणत्याही एक्स-रे संशोधन केंद्राच्या वापरकर्त्यांपेक्षा महत्त्वपूर्ण जैविक प्रथिने संरचना सोडवतात आणि 2,000 हून अधिक प्रकाशने प्रकाशित करतात. एपीएस वैज्ञानिक आणि अभियंते अभिनव तंत्रज्ञानाची अंमलबजावणी करीत आहेत जे प्रवेगक आणि प्रकाश स्त्रोतांच्या कामगिरीमध्ये सुधारणा करण्यासाठी आधार आहेत. यात इनपुट डिव्हाइस समाविष्ट आहेत जे संशोधकांद्वारे किंमतीचे अत्यंत तेजस्वी एक्स-रे तयार करतात, एक्स-रे खाली काही नॅनोमीटरकडे लक्ष केंद्रित करणारे लेन्स, एक्स-रे अभ्यासाच्या नमुन्यांशी संवाद साधण्याचा मार्ग जास्तीत जास्त करतात आणि एपीएस डिस्कव्हरीज रिसर्चचे संग्रहण आणि व्यवस्थापन मोठ्या प्रमाणात डेटा व्हॉल्यूम तयार करते.
या अभ्यासानुसार, अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागातील विज्ञान विभागातील ऊर्जा विभाग, अर्गोन नॅशनल लॅबोरेटरीद्वारे अमेरिकेच्या विज्ञान विभागाच्या विज्ञान विभागाच्या विज्ञान विभागाच्या विज्ञान विभागाच्या विज्ञान विभागाच्या संसाधनांचा वापर केला.
अर्गोने नॅशनल लॅबोरेटरी घरगुती विज्ञान आणि तंत्रज्ञानाच्या दाबाच्या समस्येचे निराकरण करण्यासाठी प्रयत्न करते. अमेरिकेतील पहिली राष्ट्रीय प्रयोगशाळा म्हणून, अर्गोने अक्षरशः प्रत्येक वैज्ञानिक शिस्तीत अत्याधुनिक मूलभूत आणि लागू केलेले संशोधन आयोजित करते. अर्गोने संशोधक शेकडो कंपन्या, विद्यापीठे आणि फेडरल, राज्य आणि नगरपालिका एजन्सींच्या संशोधकांशी विशिष्ट समस्या सोडविण्यास, अमेरिकेच्या वैज्ञानिक नेतृत्वाला पुढे आणण्यास आणि देशाला चांगल्या भविष्यासाठी तयार करण्यास मदत करतात. अर्गोने 60 हून अधिक देशांतील कर्मचार्‍यांना नोकरीवर काम करते आणि अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाच्या विज्ञान विभागाचे एलएलसी उचिकागो अर्गोने यांनी चालविले आहे.
अमेरिकेच्या ऊर्जा विभागाचे विज्ञान कार्यालय हे भौतिक विज्ञानातील मूलभूत संशोधनाचे देशातील सर्वात मोठे समर्थक आहे, जे आपल्या काळातील काही अत्यंत महत्त्वाच्या मुद्द्यांकडे लक्ष देण्याचे काम करीत आहे. अधिक माहितीसाठी, https: // ऊर्जा .gov/विज्ञान आयन्सला भेट द्या.