യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ (DOE) ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ ഗവേഷകർക്ക് ലിഥിയം-അയൺ ബാറ്ററികളുടെ മേഖലയിൽ പയനിയറിംഗ് കണ്ടെത്തലുകളുടെ നീണ്ട ചരിത്രമുണ്ട്. എൻഎംസി, നിക്കൽ മാംഗനീസ്, കോബാൾട്ട് ഓക്സൈഡ് എന്നിങ്ങനെ വിളിക്കപ്പെടുന്ന ബാറ്ററി കാഥോഡിനാണ് ഈ ഫലങ്ങളിൽ പലതും. ഈ കാഥോഡുള്ള ബാറ്ററിയാണ് ഇപ്പോൾ ഷെവർലെ ബോൾട്ടിന് കരുത്ത് പകരുന്നത്.
എൻഎംസി കാഥോഡുകളിൽ ആർഗോൺ ഗവേഷകർ മറ്റൊരു വഴിത്തിരിവ് കൈവരിച്ചു. ടീമിൻ്റെ പുതിയ ചെറിയ കാഥോഡ് കണികാ ഘടന ബാറ്ററിയെ കൂടുതൽ മോടിയുള്ളതും സുരക്ഷിതവുമാക്കും, വളരെ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജിൽ പ്രവർത്തിക്കാനും ദൈർഘ്യമേറിയ യാത്രാ ശ്രേണികൾ നൽകാനും കഴിയും.
"ബാറ്ററി നിർമ്മാതാക്കൾക്ക് ഉയർന്ന മർദ്ദവും അതിരുകളില്ലാത്തതുമായ കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശം ഞങ്ങൾക്കുണ്ട്," ഖലീൽ അമിൻ, അർഗോൺ ഫെലോ എമിരിറ്റസ്.
"നിലവിലുള്ള എൻഎംസി കാഥോഡുകൾ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് പ്രവർത്തനത്തിന് ഒരു പ്രധാന തടസ്സം സൃഷ്ടിക്കുന്നു," അസിസ്റ്റൻ്റ് കെമിസ്റ്റ് ഗുലിയാങ് സൂ പറഞ്ഞു. ചാർജ്-ഡിസ്ചാർജ് സൈക്ലിംഗ് ഉപയോഗിച്ച്, കാഥോഡ് കണങ്ങളിൽ വിള്ളലുകൾ ഉണ്ടാകുന്നത് കാരണം പ്രകടനം അതിവേഗം കുറയുന്നു. പതിറ്റാണ്ടുകളായി, ബാറ്ററി ഗവേഷകർ ഈ വിള്ളലുകൾ നന്നാക്കാനുള്ള വഴികൾ തേടുന്നു.
മുൻകാലങ്ങളിൽ ഒരു രീതി വളരെ ചെറിയ കണങ്ങൾ അടങ്ങിയ ചെറിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ചിരുന്നു. വലിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കണങ്ങൾ പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ ആണ്, വിവിധ ഓറിയൻ്റേഷനുകളുടെ ക്രിസ്റ്റലിൻ ഡൊമെയ്‌നുകൾ. തൽഫലമായി, ശാസ്ത്രജ്ഞർ കണികകൾക്കിടയിലുള്ള ധാന്യ അതിരുകൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നത് അവയിലുണ്ട്, ഇത് ഒരു സൈക്കിളിൽ ബാറ്ററി പൊട്ടാൻ ഇടയാക്കും. ഇത് തടയാൻ, സുവിൻ്റെയും ആർഗോണിൻ്റെയും സഹപ്രവർത്തകർ മുമ്പ് ഓരോ കണത്തിനും ചുറ്റും ഒരു സംരക്ഷിത പോളിമർ കോട്ടിംഗ് വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിരുന്നു. ഈ കോട്ടിംഗ് വലിയ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള കണങ്ങളെയും അവയ്ക്കുള്ളിലെ ചെറിയ കണങ്ങളെയും ചുറ്റുന്നു.
ഇത്തരത്തിലുള്ള പൊട്ടൽ ഒഴിവാക്കാനുള്ള മറ്റൊരു മാർഗ്ഗം ഒറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ കണികകൾ ഉപയോഗിക്കുക എന്നതാണ്. ഈ കണങ്ങളുടെ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി അവയ്ക്ക് അതിരുകളില്ലെന്ന് കാണിച്ചു.
പൂശിയ പോളിക്രിസ്റ്റലുകളും സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകളും ഉപയോഗിച്ച് നിർമ്മിച്ച കാഥോഡുകൾ സൈക്ലിംഗിൽ ഇപ്പോഴും പൊട്ടിത്തെറിച്ചതാണ് ടീമിൻ്റെ പ്രശ്നം. അതിനാൽ, യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ ആർഗോൺ സയൻസ് സെൻ്ററിലെ അഡ്വാൻസ്ഡ് ഫോട്ടോൺ സോഴ്‌സ് (എപിഎസ്), സെൻ്റർ ഫോർ നാനോ മെറ്റീരിയൽസ് (സിഎൻഎം) എന്നിവിടങ്ങളിൽ അവർ ഈ കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ വിപുലമായ വിശകലനം നടത്തി.
അഞ്ച് APS ആയുധങ്ങളിൽ (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C, 34-ID-E) വിവിധ എക്സ്-റേ വിശകലനങ്ങൾ നടത്തി. ഇലക്ട്രോണും എക്സ്-റേ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും കാണിക്കുന്നത് പോലെ, ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഒരൊറ്റ ക്രിസ്റ്റൽ എന്ന് കരുതിയതിന് യഥാർത്ഥത്തിൽ ഉള്ളിൽ ഒരു അതിർത്തിയുണ്ടെന്ന് ഇത് മാറുന്നു. സിഎൻഎമ്മുകളുടെ സ്കാനിംഗും ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പിയും ഈ നിഗമനത്തെ സ്ഥിരീകരിച്ചു.
"ഞങ്ങൾ ഈ കണങ്ങളുടെ ഉപരിതല രൂപഘടന പരിശോധിച്ചപ്പോൾ, അവ ഒറ്റ പരലുകൾ പോലെയായിരുന്നു," ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ വെൻജുൻ ലിയു പറഞ്ഞു. â<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器എക്സ്现边界隐藏在内部。” "നിങ്ങൾ发现 边界 隐藏 在。”"എന്നിരുന്നാലും, ഞങ്ങൾ സിൻക്രോട്രോൺ എക്സ്-റേ ഡിഫ്രാക്ഷൻ മൈക്രോസ്കോപ്പി എന്ന സാങ്കേതികതയും എപിഎസിലെ മറ്റ് സാങ്കേതിക വിദ്യകളും ഉപയോഗിച്ചപ്പോൾ, അതിരുകൾ ഉള്ളിൽ മറഞ്ഞിരിക്കുന്നതായി ഞങ്ങൾ കണ്ടെത്തി."
അതിരുകളില്ലാതെ ഒറ്റ പരലുകൾ നിർമ്മിക്കാനുള്ള ഒരു രീതി ടീം വികസിപ്പിച്ചെടുത്തിട്ടുണ്ട് എന്നതാണ് പ്രധാനം. വളരെ ഉയർന്ന വോൾട്ടേജിൽ ഈ സിംഗിൾ-ക്രിസ്റ്റൽ കാഥോഡ് ഉപയോഗിച്ച് ചെറിയ സെല്ലുകൾ പരീക്ഷിച്ചപ്പോൾ, 100 ടെസ്റ്റ് സൈക്കിളുകളിൽ ഫലത്തിൽ യാതൊരു നഷ്ടവുമില്ലാതെ ഒരു യൂണിറ്റ് വോള്യത്തിൽ ഊർജ്ജ സംഭരണത്തിൽ 25% വർദ്ധനവ് കാണിച്ചു. ഇതിനു വിപരീതമായി, മൾട്ടി-ഇൻ്റർഫേസ് സിംഗിൾ ക്രിസ്റ്റലുകളോ പൂശിയ പോളിക്രിസ്റ്റലുകളോ ചേർന്ന എൻഎംസി കാഥോഡുകൾ ഒരേ ജീവിതകാലത്ത് 60% മുതൽ 88% വരെ ശേഷി കുറഞ്ഞു.
ആറ്റോമിക് സ്കെയിൽ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ കാഥോഡ് കപ്പാസിറ്റൻസ് കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള സംവിധാനം വെളിപ്പെടുത്തുന്നു. സിഎൻഎമ്മിലെ നാനോ സയൻ്റിസ്റ്റായ മരിയ ചാങ്ങിൻ്റെ അഭിപ്രായത്തിൽ, ബാറ്ററി ചാർജ് ചെയ്യുമ്പോൾ ഓക്സിജൻ ആറ്റങ്ങളെ അവയിൽ നിന്ന് കൂടുതൽ അകലെയുള്ള പ്രദേശങ്ങളേക്കാൾ ബൗണ്ടറികൾക്ക് നഷ്ടപ്പെടാനുള്ള സാധ്യത കൂടുതലാണ്. ഈ ഓക്സിജൻ്റെ നഷ്ടം സെൽ സൈക്കിളിൻ്റെ അപചയത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.
"ഞങ്ങളുടെ കണക്കുകൂട്ടലുകൾ ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിൽ ഓക്സിജൻ പുറത്തുവിടുന്നതിലേക്ക് അതിർത്തി എങ്ങനെ നയിക്കുമെന്ന് കാണിക്കുന്നു, ഇത് പ്രകടനം കുറയുന്നതിന് ഇടയാക്കും," ചാൻ പറഞ്ഞു.
അതിർത്തി ഇല്ലാതാക്കുന്നത് ഓക്സിജൻ പരിണാമത്തെ തടയുന്നു, അതുവഴി കാഥോഡിൻ്റെ സുരക്ഷയും ചാക്രിക സ്ഥിരതയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു. എപിഎസ് ഉപയോഗിച്ചുള്ള ഓക്സിജൻ പരിണാമ അളവുകളും യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ ലോറൻസ് ബെർക്ക്ലി നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ ഒരു നൂതന പ്രകാശ സ്രോതസ്സും ഈ നിഗമനത്തെ സ്ഥിരീകരിക്കുന്നു.
"ഇപ്പോൾ ബാറ്ററി നിർമ്മാതാക്കൾക്ക് അതിരുകളില്ലാത്തതും ഉയർന്ന മർദ്ദത്തിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നതുമായ കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കാവുന്ന മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശങ്ങൾ ഞങ്ങളുടെ പക്കലുണ്ട്," ഖലീൽ അമിൻ, അർഗോൺ ഫെലോ എമിരിറ്റസ് പറഞ്ഞു. 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。”"NMC ഒഴികെയുള്ള കാഥോഡ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശങ്ങൾ ബാധകമാകണം."
ഈ പഠനത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഒരു ലേഖനം നേച്ചർ എനർജി ജേണലിൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. Xu, Amin, Liu, Chang എന്നിവരെക്കൂടാതെ, Xiang Liu, വെങ്കട സൂര്യ ചൈതന്യ കൊല്ലൂർ, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Deng, Inhui Hwang എന്നിവരാണ് ആർഗോൺ രചയിതാക്കൾ. ചെങ്‌ജുൻ സൺ, താവോ ഷൗ, മിംഗ് ഡു, സോങ്ഹായ് ചെൻ. ലോറൻസ് ബെർക്ക്‌ലി നാഷണൽ ലബോറട്ടറി (വാൻലി യാങ്, ക്വിംഗ്‌ടിയാൻ ലി, സെങ്‌കിംഗ് ഷുവോ), സിയാമെൻ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി (ജിംഗ്-ജിംഗ് ഫാൻ, ലിംഗ് ഹുവാങ്, ഷി-ഗാങ് സൺ), സിൻഹുവ യൂണിവേഴ്‌സിറ്റി (ഡോങ്‌ഷെങ് റെൻ, ക്‌സുനിംഗ് ഫെങ്, മിങ്കാവോ ഔയാങ്) എന്നിവിടങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ശാസ്ത്രജ്ഞർ.
ആർഗോൺ സെൻ്റർ ഫോർ നാനോമെറ്റീരിയലിനെക്കുറിച്ച് യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജി നാനോ ടെക്‌നോളജി ഗവേഷണ കേന്ദ്രങ്ങളിൽ ഒന്നായ സെൻ്റർ ഫോർ നാനോ മെറ്റീരിയൽസ്, യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് പിന്തുണയ്‌ക്കുന്ന ഇൻ്റർ ഡിസിപ്ലിനറി നാനോ സ്‌കെയിൽ ഗവേഷണത്തിനുള്ള പ്രധാന ദേശീയ ഉപയോക്തൃ സ്ഥാപനമാണ്. നാനോ സ്‌കെയിൽ മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും സംസ്‌കരിക്കുന്നതിനും സ്വഭാവം രൂപപ്പെടുത്തുന്നതിനും മോഡലിംഗ് ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള അത്യാധുനിക കഴിവുകൾ ഗവേഷകർക്ക് പ്രദാനം ചെയ്യുന്നതും ദേശീയ നാനോ ടെക്‌നോളജി ഇനിഷ്യേറ്റീവിന് കീഴിലുള്ള ഏറ്റവും വലിയ ഇൻഫ്രാസ്ട്രക്ചർ നിക്ഷേപത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നതുമായ പൂരക സൗകര്യങ്ങളുടെ ഒരു സ്യൂട്ട് NSRC-കൾ ഒന്നിച്ച് രൂപീകരിക്കുന്നു. ആർഗോൺ, ബ്രൂക്ക്ഹാവൻ, ലോറൻസ് ബെർക്ക്‌ലി, ഓക്ക് റിഡ്ജ്, സാൻഡിയ, ലോസ് അലാമോസ് എന്നിവിടങ്ങളിൽ യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജി നാഷണൽ ലബോറട്ടറീസിലാണ് NSRC സ്ഥിതി ചെയ്യുന്നത്. NSRC DOE-യെ കുറിച്ചുള്ള കൂടുതൽ വിവരങ്ങൾക്ക്, https://science.osti.gov/User-Facilit’s/Us സന്ദർശിക്കുക എർ-ഫാസിലിറ്റികൾ ഒറ്റനോട്ടത്തിൽ.
ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ അഡ്വാൻസ്ഡ് ഫോട്ടോൺ സോഴ്സ് (APS) ലോകത്തിലെ ഏറ്റവും ഉൽപ്പാദനക്ഷമതയുള്ള എക്സ്-റേ ഉറവിടങ്ങളിൽ ഒന്നാണ്. മെറ്റീരിയൽ സയൻസ്, കെമിസ്ട്രി, കണ്ടൻസഡ് മെറ്റീരിയൽ ഫിസിക്സ്, ലൈഫ് ആൻഡ് എൻവയോൺമെൻ്റൽ സയൻസസ്, അപ്ലൈഡ് റിസർച്ച് എന്നിവയിലെ വൈവിധ്യമാർന്ന ഗവേഷണ സമൂഹത്തിന് ഉയർന്ന തീവ്രതയുള്ള എക്സ്-റേകൾ APS നൽകുന്നു. നമ്മുടെ ദേശീയ സമ്പദ്‌വ്യവസ്ഥയ്ക്കും സാങ്കേതികവിദ്യയ്ക്കും സുപ്രധാനമായ മെറ്റീരിയലുകളും ജൈവഘടനകളും, മൂലകങ്ങളുടെ വിതരണം, രാസ, കാന്തിക, ഇലക്‌ട്രോണിക് അവസ്ഥകൾ, ബാറ്ററികൾ മുതൽ ഫ്യുവൽ ഇൻജക്ടർ നോസിലുകൾ വരെയുള്ള എല്ലാത്തരം സാങ്കേതികമായി പ്രധാനപ്പെട്ട എഞ്ചിനീയറിംഗ് സംവിധാനങ്ങളും പഠിക്കാൻ ഈ എക്സ്-റേകൾ അനുയോജ്യമാണ്. . ശരീരവും ആരോഗ്യത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാനവും. ഓരോ വർഷവും, 5,000-ലധികം ഗവേഷകർ 2,000-ലധികം പ്രസിദ്ധീകരണങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിക്കാൻ APS ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആക്സിലറേറ്ററുകളുടെയും പ്രകാശ സ്രോതസ്സുകളുടെയും പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാനമായ നൂതന സാങ്കേതികവിദ്യകൾ APS ശാസ്ത്രജ്ഞരും എഞ്ചിനീയർമാരും നടപ്പിലാക്കുന്നു. ഗവേഷകർ വിലമതിക്കുന്ന വളരെ തെളിച്ചമുള്ള എക്സ്-റേകൾ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഇൻപുട്ട് ഉപകരണങ്ങൾ, ഏതാനും നാനോമീറ്ററുകൾ വരെ എക്സ്-റേകളെ ഫോക്കസ് ചെയ്യുന്ന ലെൻസുകൾ, പഠനത്തിലുള്ള സാമ്പിളുമായി എക്സ്-റേകൾ ഇടപഴകുന്ന രീതി പരമാവധി വർദ്ധിപ്പിക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ, എപിഎസ് കണ്ടെത്തലുകളുടെ ശേഖരണവും മാനേജ്മെൻ്റും എന്നിവ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ഗവേഷണം വലിയ ഡാറ്റ വോള്യങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
DE-AC02-06CH11357 എന്ന കരാർ നമ്പറിന് കീഴിലുള്ള യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജി ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസിനായി ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറി പ്രവർത്തിക്കുന്ന യുഎസ് ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജി ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് യൂസർ സെൻ്ററായ അഡ്വാൻസ്ഡ് ഫോട്ടോൺ സോഴ്‌സിൽ നിന്നുള്ള ഉറവിടങ്ങൾ ഈ പഠനം ഉപയോഗിച്ചു.
ആർഗോൺ നാഷണൽ ലബോറട്ടറി ഗാർഹിക ശാസ്ത്രത്തിൻ്റെയും സാങ്കേതിക വിദ്യയുടെയും സമ്മർദ്ദകരമായ പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നു. യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിലെ ആദ്യത്തെ ദേശീയ ലബോറട്ടറി എന്ന നിലയിൽ, എല്ലാ ശാസ്ത്രശാഖകളിലും ആർഗോൺ അത്യാധുനിക അടിസ്ഥാനപരവും പ്രായോഗികവുമായ ഗവേഷണങ്ങൾ നടത്തുന്നു. ആർഗോൺ ഗവേഷകർ നൂറുകണക്കിന് കമ്പനികൾ, സർവ്വകലാശാലകൾ, ഫെഡറൽ, സംസ്ഥാന, മുനിസിപ്പൽ ഏജൻസികൾ എന്നിവയിൽ നിന്നുള്ള ഗവേഷകരുമായി ചേർന്ന് പ്രവർത്തിക്കുന്നു, അവർക്ക് നിർദ്ദിഷ്ട പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാനും യുഎസ് ശാസ്ത്ര നേതൃത്വത്തെ മുന്നോട്ട് കൊണ്ടുപോകാനും മികച്ച ഭാവിക്കായി രാജ്യത്തെ ഒരുക്കാനും സഹായിക്കുന്നു. ആർഗോൺ 60-ലധികം രാജ്യങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ജീവനക്കാരെ നിയമിക്കുന്നു, യു.എസ്. ഡിപ്പാർട്ട്‌മെൻ്റ് ഓഫ് എനർജിയുടെ ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസിൻ്റെ എൽഎൽസി യുചിക്കാഗോ ആർഗോണാണ് ഇത് പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നത്.
യുഎസ് ഊർജ്ജ വകുപ്പിൻ്റെ ഓഫീസ് ഓഫ് സയൻസ് ഫിസിക്കൽ സയൻസസിലെ അടിസ്ഥാന ഗവേഷണത്തിൻ്റെ രാജ്യത്തെ ഏറ്റവും വലിയ വക്താവാണ്, നമ്മുടെ കാലത്തെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട ചില പ്രശ്നങ്ങൾ പരിഹരിക്കാൻ പ്രവർത്തിക്കുന്നു. കൂടുതൽ വിവരങ്ങൾക്ക്, https://’energy.gov/science’ience സന്ദർശിക്കുക.