미국 에너지 부 (DOE) 아르곤 국립 실험실의 연구원들은 리튬 이온 배터리 분야에서 개척 발견의 오랜 역사를 가지고 있습니다. 이 결과 중 다수는 NMC, 니켈 망간 및 코발트 산화물이라고하는 배터리 캐소드에 대한 것입니다. 이 캐소드가있는 배터리는 이제 Chevrolet 볼트에 전원을 공급합니다.
Argonne의 연구원들은 NMC 음극에서 또 다른 획기적인 획기를 달성했습니다. 팀의 새로운 작은 음극 입자 구조는 배터리를 내구성이 뛰어나고 안전 해져 매우 높은 전압에서 작동 할 수 있으며 더 긴 여행 범위를 제공 할 수 있습니다.
Argonne 동료 명예 인 Khalil Amin.
화학자 Guiliang Xu는“기존 NMC 캐소드는 고전압 작업의 주요 장애물을 제시합니다. 전하 차지 사이클링을 사용하면 음극 입자에서 균열이 형성되어 성능이 빠르게 감소합니다. 수십 년 동안 배터리 연구원들은 이러한 균열을 수리 할 수있는 방법을 찾고 있습니다.
과거의 한 방법은 훨씬 작은 입자로 구성된 작은 구형 입자를 사용했습니다. 큰 구형 입자는 다결정이며, 다양한 배향의 결정 도메인이다. 결과적으로, 그들은 과학자들이 입자들 사이의 곡물 경계라고 부르는 것을 가지고있어주기 중에 배터리가 갈라 질 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 Xu와 Argonne의 동료들은 이전에 각 입자 주위에 보호 폴리머 코팅을 개발했습니다. 이 코팅은 큰 구형 입자와 그 안에 작은 입자를 둘러싸고 있습니다.
이런 종류의 균열을 피하는 또 다른 방법은 단결정 입자를 사용하는 것입니다. 이들 입자의 전자 현미경은 경계가 없음을 보여 주었다.
팀의 문제는 코팅 된 다결정으로 만든 음극과 사이클링 동안 여전히 금이 간다는 것이었다. 따라서, 그들은 미국 에너지 국의 Argonne Science Center의 APS (Advanced Photon Source) 및 나노 물질 센터 (CNM)에서 이러한 음극 물질에 대한 광범위한 분석을 수행했습니다.
5 개의 APS 암 (11-bm, 20-bm, 2-ID-D, 11-ID-C 및 34-ID-E)에서 다양한 X- 선 분석을 수행 하였다. 과학자들이 전자와 X- 선 현미경으로 보여지는 바와 같이 과학자들이 단결정이라고 생각한 것은 실제로 내부에 경계가있었습니다. CNM의 스캐닝 및 변속기 전자 현미경은이 결론을 확인했습니다.
물리학 자 웬 준 리우 (Wenjun Liu)는“우리 가이 입자의 표면 형태를 보았을 때, 그들은 단결정처럼 보였다”고 말했다. Â� <“““, 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� <“““, 当 在 在 在 使用 使用 使用 种 称为 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 和 其他 时 时 时 时 时 发现 在。 在。 在。”"그러나 APS에서 Synchrotron X-Ray 회절 현미경 및 기타 기술이라는 기술을 사용했을 때 경계가 숨겨져 있음을 발견했습니다."
중요하게도, 팀은 경계없이 단결정을 생산하는 방법을 개발했습니다. 매우 높은 전압 에서이 단축 음극으로 작은 세포를 테스트하면 100 개의 테스트주기 동안 성능 손실이 거의 없어 단위 부피당 에너지 저장량이 25% 증가한 것으로 나타났습니다. 대조적으로, 다중 인터페이스 단결정 또는 코팅 된 다결정으로 구성된 NMC 캐소드는 같은 수명에 걸쳐 용량 강하 60% ~ 88%를 나타냈다.
원자 스케일 계산은 음극 커패시턴스 감소의 메커니즘을 보여줍니다. CNM의 나노 과학자 인 Maria Chang에 따르면, 배터리가 더 멀리 떨어진 지역보다 배터리가 충전 될 때 경계는 산소 원자를 잃을 가능성이 높다고한다. 이러한 산소 손실은 세포주기의 분해로 이어진다.
Chan은“우리의 계산은 경계가 어떻게 고압으로 산소가 방출 될 수 있는지를 보여줍니다.
경계를 제거하면 산소 진화를 방해하여 음극의 안전성 및 순환 안정성을 향상시킵니다. 미국 에너지 부서의 로렌스 버클리 국립 실험실의 APS 및 고급 광원으로의 산소 진화 측정 이이 결론을 확인합니다.
Argonne 동료 명예 인 Khalil Amin은“이제 배터리 제조업체가 경계가없고 고압으로 작동하는 음극 재료를 만들기 위해 사용할 수있는 지침이 있습니다. Â� <““nmc 以外的其他正极材料。” Â� <““nmc 以外的其他正极材料。”"지침은 NMC 이외의 음극 재료에 적용되어야합니다."
이 연구에 관한 기사는 자연 에너지 저널에 실 렸습니다. Xu, Amin, Liu 및 Chang 외에도 Argonne 저자는 Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu, Junjing Dugn, Inhui Hwang, chengjun, and and and and and and and and wang, wengjun sun. Zonghai Chen. Lawrence Berkeley National Laboratory (Wanli Yang, Qingtian Li 및 Zengqing Zhuo), Xiamen University (Jing-Jing Fan, Ling Huang 및 Shi-Gang Sun) 및 Tsinghua University (Dongsheng Ren, Xuning Feng 및 Mingao Ouyang)의 과학자.
Nanomaterials의 Argonne Center 소개 미국 에너지 나노 기술 연구 센터 5 개 부서 중 하나 인 Nanomaterials 센터는 미국 에너지 부서의 과학 사무소에서 지원하는 학제 간 Nanoscale 연구를위한 최고의 국가 사용자 기관입니다. NSRC는 함께 연구자들에게 나노 스케일 자료를 제조, 가공, 특성화 및 모델링하는 최첨단 기능을 제공하고 국가 나노 기술 이니셔티브 하에서 가장 큰 인프라 투자를 제공하는 다양한 보완 시설 제품군을 형성합니다. NSRC는 Argonne, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge, Sandia 및 Los Alamos에있는 미국 에너지 국립 실험실에 위치하고 있습니다. NSRC DOE에 대한 자세한 내용은 https : // science .osti .gov/us-f a c i lit s/us er-f a c i l it-at-a glance를 방문하십시오.
Argonne National Laboratory의 미국 에너지 국의 APS (Advanced Photon Source)는 세계에서 가장 생산적인 엑스레이 소스 중 하나입니다. APS는 재료 과학, 화학, 요약 물리학, 생명 및 환경 과학, 응용 연구에서 다양한 연구 커뮤니티에 고강도 X- 레이를 제공합니다. 이 X- 레이는 재료 및 생물학적 구조, 요소 분포, 화학, 자기 및 전자 상태의 분포, 배터리에서 연료 인젝터 노즐에 이르기까지 모든 종류의 기술적으로 중요한 엔지니어링 시스템의 분포에 이상적입니다. 신체 건강의 기초. 매년 5,000 명 이상의 연구원이 APS를 사용하여 다른 X- 선 연구 센터 사용자보다 중요한 발견을 자세히 설명하고 더 중요한 생물학적 단백질 구조를 해결하는 2,000 개가 넘는 출판물을 게시합니다. APS 과학자와 엔지니어는 가속기 및 광원의 성능을 향상시키는 기초 인 혁신적인 기술을 구현하고 있습니다. 여기에는 연구원이 많이 사용하는 매우 밝은 X- 레이, 몇 나노 미터로 X- 레이를 초점화하는 렌즈, 연구중인 샘플과 상호 작용하는 방식을 극대화하는기구, APS Discover 연구의 수집 및 관리가 엄청난 데이터 볼륨을 생성하는 입력 장치가 포함됩니다.
이 연구는 계약 번호 DE-AC02-06CH11357에 따라 미국 에너지 과학국의 Argonne National Laboratory가 운영하는 미국 에너지 과학 에너지 사무소 인 Advanced Photon Source의 자원을 활용했습니다.
Argonne National Laboratory는 국내 과학 기술의 긴급한 문제를 해결하기 위해 노력합니다. Argonne은 미국 최초의 국립 실험실로서 거의 모든 과학 분야에서 최첨단 기본 및 응용 연구를 수행합니다. Argonne 연구원들은 수백 개의 회사, 대학, 연방, 주 및 지방 자치 단체의 연구원들과 긴밀히 협력하여 특정 문제를 해결하고, 우리 과학적 리더십을 발전시키고, 더 나은 미래를 위해 국가를 준비시킵니다. Argonne은 60 개 이상의 국가의 직원을 고용하고 있으며 미국 에너지 과학 사무소의 Uchicago Argonne, LLC가 운영합니다.
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