US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) యొక్క ఆర్గోన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ పరిశోధకులు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల రంగంలో మార్గదర్శక ఆవిష్కరణలలో సుదీర్ఘ చరిత్రను కలిగి ఉన్నారు. ఈ ఫలితాలలో చాలా వరకు NMC అని పిలువబడే బ్యాటరీ కాథోడ్, నికెల్ మాంగనీస్ మరియు కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ కోసం ఉన్నాయి. ఈ కాథోడ్‌తో కూడిన బ్యాటరీ ఇప్పుడు షెవ్రొలెట్ బోల్ట్‌కు శక్తినిస్తుంది.
ఆర్గోన్ పరిశోధకులు NMC కాథోడ్‌లలో మరో పురోగతిని సాధించారు. బృందం యొక్క కొత్త చిన్న కాథోడ్ కణ నిర్మాణం బ్యాటరీని మరింత మన్నికైనదిగా మరియు సురక్షితంగా చేయగలదు, చాలా అధిక వోల్టేజ్‌ల వద్ద పనిచేయగలదు మరియు ఎక్కువ ప్రయాణ పరిధులను అందించగలదు.
"బ్యాటరీ తయారీదారులు అధిక పీడన, సరిహద్దులు లేని కాథోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించగల మార్గదర్శకత్వం ఇప్పుడు మా వద్ద ఉంది" అని ఆర్గోన్ ఫెలో ఎమెరిటస్ ఖలీల్ అమీన్ అన్నారు.
"అధిక వోల్టేజ్ పనికి ప్రస్తుతం ఉన్న NMC కాథోడ్‌లు ప్రధాన అడ్డంకిగా ఉన్నాయి" అని అసిస్టెంట్ కెమిస్ట్ గులియాంగ్ జు అన్నారు. ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ సైక్లింగ్‌తో, కాథోడ్ కణాలలో పగుళ్లు ఏర్పడటం వల్ల పనితీరు వేగంగా పడిపోతుంది. దశాబ్దాలుగా, బ్యాటరీ పరిశోధకులు ఈ పగుళ్లను సరిచేయడానికి మార్గాలను అన్వేషిస్తున్నారు.
గతంలో ఒక పద్ధతిలో చాలా చిన్న కణాలతో కూడిన చిన్న గోళాకార కణాలను ఉపయోగించారు. పెద్ద గోళాకార కణాలు పాలీక్రిస్టలైన్‌గా ఉంటాయి, వివిధ ధోరణుల స్ఫటికాకార డొమైన్‌లను కలిగి ఉంటాయి. ఫలితంగా, వాటికి శాస్త్రవేత్తలు కణాల మధ్య ధాన్యపు సరిహద్దులు అని పిలుస్తారు, ఇది ఒక చక్రంలో బ్యాటరీ పగుళ్లకు కారణమవుతుంది. దీనిని నివారించడానికి, జు మరియు అర్గోన్ సహచరులు గతంలో ప్రతి కణం చుట్టూ రక్షిత పాలిమర్ పూతను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ పూత పెద్ద గోళాకార కణాలను మరియు వాటిలోని చిన్న కణాలను చుట్టుముడుతుంది.
ఈ రకమైన పగుళ్లను నివారించడానికి మరొక మార్గం ఏమిటంటే ఒకే క్రిస్టల్ కణాలను ఉపయోగించడం. ఈ కణాల ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ వాటికి సరిహద్దులు లేవని చూపించింది.
ఈ బృందానికి సమస్య ఏమిటంటే, పూత పూసిన పాలీక్రిస్టల్స్ మరియు సింగిల్ క్రిస్టల్స్‌తో తయారు చేయబడిన కాథోడ్‌లు సైక్లింగ్ సమయంలో ఇప్పటికీ పగుళ్లు ఏర్పడతాయి. అందువల్ల, వారు US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క ఆర్గోన్ సైన్స్ సెంటర్‌లోని అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ (APS) మరియు సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్ (CNM)లో ఈ కాథోడ్ పదార్థాలపై విస్తృతమైన విశ్లేషణ నిర్వహించారు.
ఐదు APS ఆర్మ్‌లపై (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C మరియు 34-ID-E) వివిధ ఎక్స్-రే విశ్లేషణలు జరిగాయి. ఎలక్ట్రాన్ మరియు ఎక్స్-రే మైక్రోస్కోపీ ద్వారా చూపబడినట్లుగా, శాస్త్రవేత్తలు ఒకే క్రిస్టల్ అని భావించిన దానికి వాస్తవానికి లోపల ఒక సరిహద్దు ఉందని తేలింది. CNMల స్కానింగ్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ఈ తీర్మానాన్ని నిర్ధారించాయి.
"మేము ఈ కణాల ఉపరితల స్వరూపాన్ని పరిశీలించినప్పుడు, అవి ఒకే స్ఫటికాలలా కనిపించాయి" అని భౌతిక శాస్త్రవేత్త వెంజున్ లియు అన్నారు. âÀ<“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。” âł <“నీవు我们 发现 边界 隐藏 在。”"అయితే, మేము APS వద్ద సింక్రోట్రోన్ ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఇతర పద్ధతులను ఉపయోగించినప్పుడు, సరిహద్దులు లోపల దాగి ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము."
ముఖ్యంగా, ఈ బృందం సరిహద్దులు లేకుండా ఒకే స్ఫటికాలను ఉత్పత్తి చేసే పద్ధతిని అభివృద్ధి చేసింది. ఈ సింగిల్-క్రిస్టల్ కాథోడ్‌తో చిన్న కణాలను చాలా అధిక వోల్టేజ్‌ల వద్ద పరీక్షించడం వలన యూనిట్ వాల్యూమ్‌కు శక్తి నిల్వలో 25% పెరుగుదల కనిపించింది, 100 పరీక్ష చక్రాలలో పనితీరులో వాస్తవంగా ఎటువంటి నష్టం లేదు. దీనికి విరుద్ధంగా, బహుళ-ఇంటర్‌ఫేస్ సింగిల్ స్ఫటికాలు లేదా పూత పూసిన పాలీక్రిస్టల్స్‌తో కూడిన NMC కాథోడ్‌లు అదే జీవితకాలంలో 60% నుండి 88% వరకు సామర్థ్యం తగ్గుదలని చూపించాయి.
అణు స్కేల్ లెక్కలు కాథోడ్ కెపాసిటెన్స్ తగ్గింపు యంత్రాంగాన్ని వెల్లడిస్తాయి. CNMలోని నానో సైంటిస్ట్ మరియా చాంగ్ ప్రకారం, బ్యాటరీ ఛార్జ్ అయినప్పుడు సరిహద్దులు వాటి నుండి దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాల కంటే ఆక్సిజన్ అణువులను కోల్పోయే అవకాశం ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ ఆక్సిజన్ నష్టం కణ చక్రం యొక్క క్షీణతకు దారితీస్తుంది.
"మా లెక్కలు సరిహద్దు అధిక పీడనం వద్ద ఆక్సిజన్ విడుదల కావడానికి ఎలా దారితీస్తుందో చూపిస్తాయి, ఇది పనితీరు తగ్గడానికి దారితీస్తుంది" అని చాన్ అన్నారు.
సరిహద్దును తొలగించడం వల్ల ఆక్సిజన్ పరిణామాన్ని నిరోధించవచ్చు, తద్వారా కాథోడ్ యొక్క భద్రత మరియు చక్రీయ స్థిరత్వం మెరుగుపడుతుంది. US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీలో APS మరియు అధునాతన కాంతి వనరులతో ఆక్సిజన్ పరిణామ కొలతలు ఈ తీర్మానాన్ని నిర్ధారిస్తాయి.
"ఇప్పుడు బ్యాటరీ తయారీదారులు సరిహద్దులు లేని మరియు అధిక పీడనం వద్ద పనిచేసే కాథోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే మార్గదర్శకాలు మా వద్ద ఉన్నాయి" అని ఆర్గోన్ ఫెలో ఎమెరిటస్ ఖలీల్ అమీన్ అన్నారు. 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。”"మార్గదర్శకాలు NMC కాకుండా ఇతర కాథోడ్ పదార్థాలకు వర్తిస్తాయి."
ఈ అధ్యయనం గురించిన కథనం నేచర్ ఎనర్జీ జర్నల్‌లో ప్రచురించబడింది. జు, అమిన్, లియు మరియు చాంగ్‌లతో పాటు, అర్గోన్ రచయితలు జియాంగ్ లియు, వెంకట సూర్య చైతన్య కొల్లూరు, చెన్ జావో, జిన్‌వీ జౌ, యుజి లియు, లియాంగ్ యింగ్, అమిన్ డాలీ, యాంగ్ రెన్, వెన్‌కియాన్ జు , జుంజింగ్ డెంగ్, ఇంహుయ్ జున్ సునాంగ్, తాంగ్‌జు హ్వాంగ్, తాంగీ ఝుంగ్, తాంగ్‌జు హ్వాంగ్, చెన్ లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీ (వాన్లీ యాంగ్, క్వింగ్టియన్ లి మరియు జెంగ్కింగ్ జువో), జియామెన్ విశ్వవిద్యాలయం (జింగ్-జింగ్ ఫ్యాన్, లింగ్ హువాంగ్ మరియు షి-గ్యాంగ్ సన్) మరియు సింఘువా విశ్వవిద్యాలయం (డాంగ్‌షెంగ్ రెన్, జునింగ్ ఫెంగ్ మరియు మింగావో ఓయాంగ్) శాస్త్రవేత్తలు.
ఆర్గోన్ సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్ గురించి ఐదు US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నానోటెక్నాలజీ పరిశోధనా కేంద్రాలలో ఒకటైన సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్, US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ మద్దతుతో ఇంటర్ డిసిప్లినరీ నానోస్కేల్ పరిశోధన కోసం ప్రధాన జాతీయ వినియోగదారు సంస్థ. కలిసి, NSRCలు పరిపూరకరమైన సౌకర్యాల సూట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి, ఇవి పరిశోధకులకు నానోస్కేల్ పదార్థాలను తయారు చేయడం, ప్రాసెస్ చేయడం, వర్గీకరించడం మరియు మోడలింగ్ చేయడం కోసం అత్యాధునిక సామర్థ్యాలను అందిస్తాయి మరియు నేషనల్ నానోటెక్నాలజీ ఇనిషియేటివ్ కింద అతిపెద్ద మౌలిక సదుపాయాల పెట్టుబడిని సూచిస్తాయి. NSRC ఆర్గోన్, బ్రూక్‌హావెన్, లారెన్స్ బర్కిలీ, ఓక్ రిడ్జ్, సాండియా మరియు లాస్ అలమోస్‌లోని US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నేషనల్ లాబొరేటరీస్‌లో ఉంది. NSRC DOE గురించి మరింత సమాచారం కోసం, https://science.osti.gov/User-Facilit IES/User-Facilit IES-at-a Glance ని సందర్శించండి.
ఆర్గోన్ నేషనల్ లాబొరేటరీలోని US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ (APS) ప్రపంచంలోనే అత్యంత ఉత్పాదక ఎక్స్-రే వనరులలో ఒకటి. APS మెటీరియల్ సైన్స్, కెమిస్ట్రీ, కండెన్స్డ్ మ్యాటర్ ఫిజిక్స్, లైఫ్ మరియు ఎన్విరాన్‌మెంటల్ సైన్సెస్ మరియు అప్లైడ్ రీసెర్చ్‌లలో విభిన్న పరిశోధనా సంఘానికి అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఎక్స్-కిరణాలను అందిస్తుంది. ఈ ఎక్స్-కిరణాలు పదార్థాలు మరియు జీవ నిర్మాణాలు, మూలకాల పంపిణీ, రసాయన, అయస్కాంత మరియు ఎలక్ట్రానిక్ స్థితులు మరియు బ్యాటరీల నుండి ఇంధన ఇంజెక్టర్ నాజిల్‌ల వరకు అన్ని రకాల సాంకేతికంగా ముఖ్యమైన ఇంజనీరింగ్ వ్యవస్థలను అధ్యయనం చేయడానికి అనువైనవి, ఇవి మన జాతీయ ఆర్థిక వ్యవస్థ, సాంకేతికతకు కీలకమైనవి. మరియు శరీరం ఆరోగ్యానికి ఆధారం. ప్రతి సంవత్సరం, 5,000 కంటే ఎక్కువ మంది పరిశోధకులు APSని ఉపయోగించి ముఖ్యమైన ఆవిష్కరణలను వివరించే మరియు ఇతర ఎక్స్-రే పరిశోధన కేంద్రం వినియోగదారుల కంటే ముఖ్యమైన జీవ ప్రోటీన్ నిర్మాణాలను పరిష్కరించే 2,000 కంటే ఎక్కువ ప్రచురణలను ప్రచురించారు. APS శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు యాక్సిలరేటర్లు మరియు కాంతి వనరుల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఆధారమైన వినూత్న సాంకేతికతలను అమలు చేస్తున్నారు. ఇందులో పరిశోధకులు విలువైన అత్యంత ప్రకాశవంతమైన ఎక్స్-కిరణాలను ఉత్పత్తి చేసే ఇన్‌పుట్ పరికరాలు, కొన్ని నానోమీటర్ల వరకు ఎక్స్-కిరణాలను కేంద్రీకరించే లెన్స్‌లు, అధ్యయనంలో ఉన్న నమూనాతో ఎక్స్-కిరణాలు సంకర్షణ చెందే విధానాన్ని గరిష్టీకరించే సాధనాలు మరియు APS ఆవిష్కరణల సేకరణ మరియు నిర్వహణ ఉన్నాయి. పరిశోధన భారీ డేటా వాల్యూమ్‌లను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
ఈ అధ్యయనం US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ కోసం ఆర్గోన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ ద్వారా నిర్వహించబడుతున్న US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ సెంటర్ అయిన అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ నుండి వనరులను ఉపయోగించుకుంది, ఇది కాంట్రాక్ట్ నంబర్ DE-AC02-06CH11357 కింద ఉంది.
ఆర్గోన్ నేషనల్ లాబొరేటరీ దేశీయ సైన్స్ మరియు టెక్నాలజీ యొక్క తీవ్రమైన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి కృషి చేస్తుంది. యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో మొట్టమొదటి జాతీయ ప్రయోగశాలగా, ఆర్గోన్ దాదాపు ప్రతి శాస్త్రీయ విభాగంలో అత్యాధునిక ప్రాథమిక మరియు అనువర్తిత పరిశోధనలను నిర్వహిస్తుంది. ఆర్గోన్ పరిశోధకులు వందలాది కంపెనీలు, విశ్వవిద్యాలయాలు మరియు సమాఖ్య, రాష్ట్ర మరియు మునిసిపల్ ఏజెన్సీల పరిశోధకులతో కలిసి పని చేస్తారు, నిర్దిష్ట సమస్యలను పరిష్కరించడంలో, US శాస్త్రీయ నాయకత్వాన్ని ముందుకు తీసుకెళ్లడంలో మరియు దేశాన్ని మెరుగైన భవిష్యత్తు కోసం సిద్ధం చేయడంలో వారికి సహాయపడతారు. ఆర్గోన్ 60 కంటే ఎక్కువ దేశాల నుండి ఉద్యోగులను నియమించుకుంటుంది మరియు దీనిని US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యొక్క UChicago Argonne, LLC నిర్వహిస్తుంది.
US డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీకి చెందిన ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్, భౌతిక శాస్త్రాలలో ప్రాథమిక పరిశోధనకు దేశంలోనే అతిపెద్ద ప్రతిపాదకురాలు, మన కాలంలోని కొన్ని ముఖ్యమైన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి కృషి చేస్తోంది. మరిన్ని వివరాల కోసం, https://​energy​.gov/​science​ience​ని సందర్శించండి.