యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ (DOE) ఆర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీ పరిశోధకులు లిథియం-అయాన్ బ్యాటరీల రంగంలో మార్గదర్శక ఆవిష్కరణల యొక్క సుదీర్ఘ చరిత్రను కలిగి ఉన్నారు. ఈ ఫలితాలలో చాలా వరకు బ్యాటరీ కాథోడ్ కోసం NMC, నికెల్ మాంగనీస్ మరియు కోబాల్ట్ ఆక్సైడ్ అని పిలుస్తారు. ఈ కాథోడ్ ఉన్న బ్యాటరీ ఇప్పుడు చేవ్రొలెట్ బోల్ట్‌కు శక్తినిస్తుంది.
అర్గోన్ పరిశోధకులు ఎన్‌ఎంసి కాథోడ్‌లలో మరో పురోగతి సాధించారు. జట్టు యొక్క కొత్త చిన్న కాథోడ్ కణ నిర్మాణం బ్యాటరీని మరింత మన్నికైన మరియు సురక్షితంగా చేస్తుంది, చాలా ఎక్కువ వోల్టేజ్‌ల వద్ద పనిచేయగలదు మరియు ఎక్కువ ప్రయాణ శ్రేణులను అందించగలదు.
"బ్యాటరీ తయారీదారులు అధిక పీడన, సరిహద్దులేని కాథోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చని మాకు ఇప్పుడు మార్గదర్శకత్వం ఉంది" అని అర్గోన్ తోటి ఎమెరిటస్ ఖలీల్ అమిన్.
"ప్రస్తుతం ఉన్న ఎన్‌ఎంసి కాథోడ్‌లు అధిక వోల్టేజ్ పని కోసం ప్రధాన అడ్డంకిని కలిగిస్తాయి" అని అసిస్టెంట్ కెమిస్ట్ గిలానింగ్ జు చెప్పారు. ఛార్జ్-డిశ్చార్జ్ సైక్లింగ్‌తో, కాథోడ్ కణాలలో పగుళ్లు ఏర్పడటం వల్ల పనితీరు వేగంగా పడిపోతుంది. దశాబ్దాలుగా, బ్యాటరీ పరిశోధకులు ఈ పగుళ్లను మరమ్మతు చేయడానికి మార్గాలను అన్వేషిస్తున్నారు.
గతంలో ఒక పద్ధతి చాలా చిన్న కణాలతో కూడిన చిన్న గోళాకార కణాలను ఉపయోగించింది. పెద్ద గోళాకార కణాలు పాలిక్రిస్టలైన్, వివిధ ధోరణుల స్ఫటికాకార డొమైన్లతో ఉంటాయి. తత్ఫలితంగా, శాస్త్రవేత్తలు కణాల మధ్య ధాన్యం సరిహద్దులను పిలుస్తారు, ఇది ఒక చక్రంలో బ్యాటరీ పగులగొట్టడానికి కారణమవుతుంది. దీనిని నివారించడానికి, జు మరియు ఆర్గోన్ యొక్క సహచరులు గతంలో ప్రతి కణం చుట్టూ రక్షణ పాలిమర్ పూతను అభివృద్ధి చేశారు. ఈ పూత పెద్ద గోళాకార కణాలు మరియు వాటిలో చిన్న కణాలను చుట్టుముట్టింది.
ఈ రకమైన పగుళ్లను నివారించడానికి మరొక మార్గం ఒకే క్రిస్టల్ కణాలను ఉపయోగించడం. ఈ కణాల ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ వాటికి సరిహద్దులు లేవని తేలింది.
జట్టుకు సమస్య ఏమిటంటే, కోటెడ్ పాలీక్రిస్టల్స్ మరియు సింగిల్ స్ఫటికాల నుండి తయారైన కాథోడ్లు సైక్లింగ్ సమయంలో ఇప్పటికీ పగులగొట్టాయి. అందువల్ల, వారు యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క ఆర్గోన్నే సైన్స్ సెంటర్‌లో అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ (ఎపిఎస్) మరియు సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్ (సిఎన్‌ఎం) వద్ద ఈ కాథోడ్ పదార్థాల గురించి విస్తృతమైన విశ్లేషణను నిర్వహించారు.
ఐదు APS చేతులపై (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C మరియు 34-ID-E) వివిధ ఎక్స్-రే విశ్లేషణలు జరిగాయి. ఎలక్ట్రాన్ మరియు ఎక్స్-రే మైక్రోస్కోపీ చూపినట్లుగా, శాస్త్రవేత్తలు ఒకే క్రిస్టల్ అని భావించినది వాస్తవానికి లోపల సరిహద్దు ఉందని తేలింది. CNMS యొక్క స్కానింగ్ మరియు ట్రాన్స్మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ఈ తీర్మానాన్ని నిర్ధారించింది.
"మేము ఈ కణాల ఉపరితల పదనిర్మాణాన్ని చూసినప్పుడు, అవి ఒకే స్ఫటికాల వలె కనిపిస్తాయి" అని భౌతిక శాస్త్రవేత్త వెన్జున్ లియు చెప్పారు. â� <“但是 但是 当我们在 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。” )"అయినప్పటికీ, మేము APS వద్ద సింక్రోట్రాన్ ఎక్స్-రే డిఫ్రాక్షన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఇతర పద్ధతులు అనే సాంకేతికతను ఉపయోగించినప్పుడు, సరిహద్దులు లోపల దాగి ఉన్నాయని మేము కనుగొన్నాము."
ముఖ్యముగా, సరిహద్దులు లేకుండా ఒకే స్ఫటికాలను ఉత్పత్తి చేసే పద్ధతిని బృందం అభివృద్ధి చేసింది. చాలా ఎక్కువ వోల్టేజ్‌ల వద్ద ఈ సింగిల్-క్రిస్టల్ కాథోడ్‌తో చిన్న కణాలను పరీక్షించడం వలన యూనిట్ వాల్యూమ్‌కు శక్తి నిల్వ 25% పెరుగుదలను చూపించింది, 100 పరీక్ష చక్రాలకు పైగా పనితీరులో వాస్తవంగా నష్టం లేదు. దీనికి విరుద్ధంగా, మల్టీ-ఇంటర్‌ఫేస్ సింగిల్ స్ఫటికాలు లేదా పూతతో కూడిన పాలీక్రిస్టల్స్‌తో కూడిన ఎన్‌ఎంసి కాథోడ్‌లు అదే జీవితకాలంలో 60% నుండి 88% వరకు సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నాయి.
అణు స్కేల్ లెక్కలు కాథోడ్ కెపాసిటెన్స్ తగ్గింపు యొక్క యంత్రాంగాన్ని వెల్లడిస్తాయి. సిఎన్‌ఎమ్‌లోని నానో సైంటిస్ట్ మరియా చాంగ్ ప్రకారం, బ్యాటరీ వాటి నుండి మరింత దూరంగా ఉన్న ప్రాంతాల కంటే బ్యాటరీ ఛార్జ్ చేయబడినప్పుడు బౌండరీలు ఆక్సిజన్ అణువులను కోల్పోయే అవకాశం ఉంది. ఈ ఆక్సిజన్ నష్టం కణ చక్రం యొక్క క్షీణతకు దారితీస్తుంది.
"మా లెక్కలు సరిహద్దు అధిక పీడనంతో ఆక్సిజన్ విడుదల కావడానికి ఎలా దారితీస్తుందో చూపిస్తుంది, ఇది పనితీరును తగ్గించడానికి దారితీస్తుంది" అని చాన్ చెప్పారు.
సరిహద్దును తొలగించడం ఆక్సిజన్ పరిణామాన్ని నిరోధిస్తుంది, తద్వారా కాథోడ్ యొక్క భద్రత మరియు చక్రీయ స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరుస్తుంది. యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీలో APS తో ఆక్సిజన్ పరిణామ కొలతలు మరియు అధునాతన కాంతి వనరు ఈ తీర్మానాన్ని నిర్ధారిస్తుంది.
"సరిహద్దులు లేని మరియు అధిక పీడనంతో పనిచేసే కాథోడ్ పదార్థాలను తయారు చేయడానికి బ్యాటరీ తయారీదారులు ఉపయోగించవచ్చని ఇప్పుడు మాకు మార్గదర్శకాలు ఉన్నాయి" అని అర్గోన్నే తోటి ఎమెరిటస్ ఖలీల్ అమిన్ 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 గురించి ఒక వ్యాసం నేచర్ ఎనర్జీ జర్నల్‌లో కనిపించింది. జు, అమిన్, లియు మరియు చాంగ్లతో పాటు, ఆర్గోన్ రచయితలు జియాంగ్ లియు, వెంకట సూర్య చైతన్య కొల్లూరు, చెన్ జావో, జిన్వీ జౌ, యుజీ లియు, లియాంగ్ యింగ్, అమిన్ డాలి, యాంగ్ రెన్, వెన్కియాన్ జు, జుంజింగ్ డెంగ్, ఇజ్న్. జోన్ఘై చెన్. లారెన్స్ బర్కిలీ నేషనల్ లాబొరేటరీ (వాన్లీ యాంగ్, కింగ్టియన్ లి, మరియు జెంగ్కింగ్ జువో), జియామెన్ విశ్వవిద్యాలయం (జింగ్-జింగ్ అభిమాని, లింగ్ హువాంగ్ మరియు షి-గ్యాంగ్ సన్) మరియు సింగ్‌హువా విశ్వవిద్యాలయం (డాంగ్‌షెంగ్ రెన్, జుంటింగ్ ఫెంగ్ మరియు మింగో ఓయాంగ్) శాస్త్రవేత్తలు.
ఆర్గోన్నే సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్ గురించి, సెంటర్ ఫర్ నానోమెటీరియల్స్, ఐదు యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నానోటెక్నాలజీ రీసెర్చ్ సెంటర్లలో ఒకటి, యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ మద్దతు ఉన్న ఇంటర్ డిసిప్లినరీ నానోస్కేల్ పరిశోధన కోసం ప్రధాన జాతీయ వినియోగదారు సంస్థ. కలిసి, NSRC లు నానోస్కేల్ పదార్థాలను కల్పించడం, ప్రాసెస్ చేయడం, వర్గీకరించడం మరియు మోడలింగ్ చేయడం మరియు నేషనల్ నానోటెక్నాలజీ ఇనిషియేటివ్ కింద అతిపెద్ద మౌలిక సదుపాయాల పెట్టుబడిని సూచించడానికి పరిశోధకులకు అత్యాధునిక సామర్థ్యాలను అందించే పరిపూరకరమైన సౌకర్యాల సూట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి. NSRC ఆర్గోన్నే, బ్రూక్హావెన్, లారెన్స్ బర్కిలీ, ఓక్ రిడ్జ్, శాండియా మరియు లాస్ అలమోస్ లోని యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ నేషనల్ లాబొరేటరీస్ వద్ద ఉంది. NSRC DOE గురించి మరింత సమాచారం కోసం, https: // సైన్స్ .స్టి .గోవ్/యుఎస్ ఎర్-ఎఫ్ ఎ సి ఐ వెలిగించిన ఐ
అర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీలోని యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ (APS) ప్రపంచంలో అత్యంత ఉత్పాదక ఎక్స్-రే వనరులలో ఒకటి. మెటీరియల్స్ సైన్స్, కెమిస్ట్రీ, ఘనీకృత పదార్థ భౌతిక శాస్త్రం, జీవితం మరియు పర్యావరణ శాస్త్రాలు మరియు అనువర్తిత పరిశోధనలలో విభిన్న పరిశోధనా సంఘానికి APS అధిక-తీవ్రత కలిగిన ఎక్స్-కిరణాలను అందిస్తుంది. ఈ ఎక్స్-కిరణాలు పదార్థాలు మరియు జీవ నిర్మాణాలను అధ్యయనం చేయడానికి అనువైనవి, మూలకాలు, రసాయన, అయస్కాంత మరియు ఎలక్ట్రానిక్ రాష్ట్రాలు మరియు అన్ని రకాల సాంకేతికంగా ముఖ్యమైన ఇంజనీరింగ్ వ్యవస్థల పంపిణీ, బ్యాటరీల నుండి ఇంధన ఇంజెక్టర్ నాజిల్స్ వరకు, మన జాతీయ ఆర్థిక వ్యవస్థ, సాంకేతికతకు కీలకమైనవి. మరియు శరీరం ఆరోగ్యానికి ఆధారం. ప్రతి సంవత్సరం, 5,000 మందికి పైగా పరిశోధకులు ముఖ్యమైన ఆవిష్కరణలను వివరించే 2,000 కంటే ఎక్కువ ప్రచురణలను ప్రచురించడానికి మరియు ఇతర ఎక్స్-రే పరిశోధనా కేంద్రం యొక్క వినియోగదారుల కంటే చాలా ముఖ్యమైన జీవ ప్రోటీన్ నిర్మాణాలను పరిష్కరించడానికి AP లను ఉపయోగిస్తారు. APS శాస్త్రవేత్తలు మరియు ఇంజనీర్లు యాక్సిలరేటర్లు మరియు కాంతి వనరుల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి ఆధారం అయిన వినూత్న సాంకేతికతలను అమలు చేస్తున్నారు. పరిశోధకులచే బహుమతి పొందిన చాలా ప్రకాశవంతమైన ఎక్స్-కిరణాలను ఉత్పత్తి చేసే ఇన్పుట్ పరికరాలు ఇందులో ఉన్నాయి, ఎక్స్-కిరణాలను కొన్ని నానోమీటర్లకు కేంద్రీకరించే లెన్సులు, ఎక్స్-కిరణాలు అధ్యయనంలో ఉన్న నమూనాతో సంకర్షణ చెందే విధంగా సాధనాలు మరియు APS ఆవిష్కరణల పరిశోధన యొక్క సేకరణ మరియు నిర్వహణ భారీ డేటా వాల్యూమ్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.
ఈ అధ్యయనం అడ్వాన్స్‌డ్ ఫోటాన్ సోర్స్ నుండి వనరులను ఉపయోగించుకుంది, యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ సెంటర్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ యూజర్ సెంటర్ కాంట్రాక్ట్ నంబర్ డి-ఎసి 02-06CH11357 కింద యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ సైన్స్ డిపార్ట్మెంట్ కోసం నేషనల్ లాబొరేటరీ నిర్వహించింది.
ఆర్గోన్నే నేషనల్ లాబొరేటరీ దేశీయ శాస్త్రం మరియు సాంకేతిక పరిజ్ఞానం యొక్క ముఖ్యమైన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి ప్రయత్నిస్తుంది. యునైటెడ్ స్టేట్స్లో మొట్టమొదటి జాతీయ ప్రయోగశాలగా, అర్గోన్నే వాస్తవంగా ప్రతి శాస్త్రీయ క్రమశిక్షణలో అత్యాధునిక ప్రాథమిక మరియు అనువర్తిత పరిశోధనలను నిర్వహిస్తాడు. ఆర్గోన్ పరిశోధకులు వందలాది కంపెనీలు, విశ్వవిద్యాలయాలు మరియు సమాఖ్య, రాష్ట్ర మరియు మునిసిపల్ ఏజెన్సీల పరిశోధకులతో కలిసి నిర్దిష్ట సమస్యలను పరిష్కరించడంలో, యుఎస్ శాస్త్రీయ నాయకత్వాన్ని ముందుకు తీసుకెళ్లడానికి మరియు మంచి భవిష్యత్తు కోసం దేశాన్ని సిద్ధం చేయడానికి సహాయపడతారు. అర్గోన్నే 60 కి పైగా దేశాల ఉద్యోగులను నియమించింది మరియు దీనిని యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ ఆఫీస్ ఆఫ్ సైన్స్ యొక్క LLC ఉచికాగో ఆర్గోన్నే నిర్వహిస్తున్నారు.
యుఎస్ డిపార్ట్మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క సైన్స్ కార్యాలయం భౌతిక శాస్త్రాలలో ప్రాథమిక పరిశోధనల యొక్క దేశం యొక్క అతిపెద్ద ప్రతిపాదకుడు, మన కాలంలోని కొన్ని ముఖ్యమైన సమస్యలను పరిష్కరించడానికి కృషి చేస్తుంది. మరింత సమాచారం కోసం, https: // energe .gov/సైన్స్ ience ని సందర్శించండి.