યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીઝ (ડીઓઇ) આર્ગોન નેશનલ લેબોરેટરીના સંશોધનકારો લિથિયમ-આયન બેટરીના ક્ષેત્રમાં અગ્રણી શોધનો લાંબો ઇતિહાસ ધરાવે છે. આમાંના ઘણા પરિણામો બેટરી કેથોડ માટે છે, જેને એનએમસી, નિકલ મેંગેનીઝ અને કોબાલ્ટ ox કસાઈડ કહેવામાં આવે છે. આ કેથોડ સાથેની બેટરી હવે શેવરોલે બોલ્ટને શક્તિ આપે છે.
આર્ગોને સંશોધનકારોએ એનએમસી કેથોડ્સમાં બીજી સફળતા પ્રાપ્ત કરી છે. ટીમની નવી નાના કેથોડ કણ માળખું બેટરીને વધુ ટકાઉ અને સલામત બનાવી શકે છે, ખૂબ high ંચા વોલ્ટેજ પર કાર્ય કરવા અને લાંબા સમય સુધી મુસાફરીની શ્રેણી પ્રદાન કરી શકે છે.
ખલીલ અમીન, આર્ગોને સાથી એમિરેટસ, "હવે અમારી પાસે માર્ગદર્શન છે કે બેટરી ઉત્પાદકો ઉચ્ચ દબાણ, બોર્ડરલેસ કેથોડ મટિરિયલ્સ બનાવવા માટે ઉપયોગ કરી શકે છે."
સહાયક રસાયણશાસ્ત્રી ગિલિયાંગ ઝુએ જણાવ્યું હતું કે, "હાલના એનએમસી કેથોડ્સ ઉચ્ચ વોલ્ટેજ કાર્ય માટે મોટી અવરોધ રજૂ કરે છે." ચાર્જ-ડિસ્ચાર્જ સાયકલિંગ સાથે, કેથોડ કણોમાં તિરાડોની રચનાને કારણે પ્રભાવ ઝડપથી નીચે આવે છે. દાયકાઓથી, બેટરી સંશોધકો આ તિરાડોને સુધારવાની રીતો શોધી રહ્યા છે.
ભૂતકાળની એક પદ્ધતિમાં ઘણા નાના કણોથી બનેલા નાના ગોળાકાર કણોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. મોટા ગોળાકાર કણો વિવિધ અભિગમના સ્ફટિકીય ડોમેન્સ સાથે, પોલીક્રિસ્ટલ છે. પરિણામે, તેમની પાસે વૈજ્ scientists ાનિકો કણો વચ્ચે અનાજની સીમાઓ કહે છે, જે ચક્ર દરમિયાન બેટરીને ક્રેક કરી શકે છે. આને રોકવા માટે, ઝુ અને આર્ગોનેના સાથીઓએ અગાઉ દરેક કણોની આસપાસ રક્ષણાત્મક પોલિમર કોટિંગ વિકસાવી હતી. આ કોટિંગ તેમની અંદર મોટા ગોળાકાર કણો અને નાના કણોની આસપાસ છે.
આ પ્રકારની ક્રેકીંગને ટાળવાની બીજી રીત એ છે કે સિંગલ ક્રિસ્ટલ કણોનો ઉપયોગ કરવો. આ કણોની ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી દર્શાવે છે કે તેમની કોઈ સીમા નથી.
ટીમ માટે સમસ્યા એ હતી કે સાયકલિંગ દરમિયાન કોટેડ પોલીક્રિસ્ટલ્સ અને સિંગલ સ્ફટિકોમાંથી બનાવેલા કેથોડ્સ હજી પણ તિરાડ છે. તેથી, તેઓએ યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીના આર્ગોને સાયન્સ સેન્ટર ખાતે એડવાન્સ્ડ ફોટોન સોર્સ (એપી) અને સેન્ટર ફોર નેનોમેટ્રીયલ્સ (સીએનએમ) માં આ કેથોડ મટિરિયલ્સનું વિસ્તૃત વિશ્લેષણ હાથ ધર્યું.
પાંચ એપીએસ આર્મ્સ (11-બીએમ, 20-બીએમ, 2-આઈડી-ડી, 11-આઈડી-સી અને 34-આઈડી-ઇ) પર વિવિધ એક્સ-રે વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યા હતા. તે તારણ આપે છે કે વૈજ્ scientists ાનિકોએ જે વિચાર્યું તે એક જ સ્ફટિક હતું, જેમ કે ઇલેક્ટ્રોન અને એક્સ-રે માઇક્રોસ્કોપી દ્વારા બતાવવામાં આવ્યું હતું, ખરેખર અંદરની સીમા હતી. સીએનએમએસના સ્કેનીંગ અને ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપીએ આ નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરી.
ભૌતિકશાસ્ત્રી વેનજુન લિયુએ કહ્યું, "જ્યારે અમે આ કણોની સપાટીના મોર્ફોલોજી તરફ જોયું, ત્યારે તેઓ એક સ્ફટિકો જેવા દેખાતા હતા." . ."જો કે, જ્યારે અમે સિંક્રોટ્રોન એક્સ-રે ડિફરક્શન માઇક્રોસ્કોપી અને એપીએસ પરની અન્ય તકનીકો નામની તકનીકનો ઉપયોગ કર્યો, ત્યારે અમે જોયું કે સીમાઓ અંદર છુપાયેલી હતી."
મહત્વનું છે કે, ટીમે સીમાઓ વિના સિંગલ સ્ફટિકો બનાવવાની એક પદ્ધતિ વિકસાવી છે. ખૂબ voltages ંચા વોલ્ટેજ પર આ સિંગલ-ક્રિસ્ટલ કેથોડ સાથેના નાના કોષોનું પરીક્ષણ કરવાથી 100 પરીક્ષણ ચક્રથી વધુ પ્રભાવમાં વર્ચ્યુઅલ રીતે કોઈ નુકસાન નથી, યુનિટ વોલ્યુમ દીઠ energy ર્જા સંગ્રહમાં 25% નો વધારો જોવા મળ્યો. તેનાથી વિપરિત, મલ્ટિ-ઇન્ટરફેસ સિંગલ ક્રિસ્ટલ્સ અથવા કોટેડ પોલિક્રિસ્ટલ્સથી બનેલા એનએમસી ક ath થોડ્સ સમાન જીવનકાળમાં 60% થી 88% ની ક્ષમતામાં ઘટાડો દર્શાવે છે.
અણુ સ્કેલ ગણતરીઓ કેથોડ કેપેસિટીન્સ ઘટાડવાની પદ્ધતિને જાહેર કરે છે. સી.એન.એમ.ના નેનોસાયન્ટિસ્ટ મારિયા ચાંગના જણાવ્યા અનુસાર, જ્યારે બેટરી તેમનાથી દૂરના વિસ્તારો કરતાં ચાર્જ કરવામાં આવે છે ત્યારે સીમાઓ ઓક્સિજન અણુઓ ગુમાવવાની સંભાવના વધારે છે. ઓક્સિજનનું આ નુકસાન સેલ ચક્રના અધોગતિ તરફ દોરી જાય છે.
"અમારી ગણતરીઓ બતાવે છે કે કેવી રીતે બાઉન્ડ્રી ઓક્સિજનને હાઇ પ્રેશર પર મુક્ત કરી શકે છે, જેનાથી કામગીરી ઓછી થઈ શકે છે," ચને કહ્યું.
સીમાને દૂર કરવાથી ઓક્સિજન ઉત્ક્રાંતિ અટકાવે છે, ત્યાં કેથોડની સલામતી અને ચક્રીય સ્થિરતામાં સુધારો થાય છે. એપીએસ સાથે ઓક્સિજન ઇવોલ્યુશન માપન અને યુ.એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીના લોરેન્સ બર્કલે નેશનલ લેબોરેટરીના અદ્યતન પ્રકાશ સ્રોત આ નિષ્કર્ષની પુષ્ટિ કરે છે.
"હવે અમારી પાસે માર્ગદર્શિકા છે જેનો ઉપયોગ બેટરી ઉત્પાદકો કેથોડ સામગ્રી બનાવવા માટે કરી શકે છે જેની કોઈ સીમાઓ નથી અને ઉચ્ચ દબાણમાં કાર્યરત છે," ખલીલ અમીને, આર્ગોને સાથી એમિરેટસ જણાવ્યું હતું. . <"该指南应适用于 એનએમસી 以外的其他正极材料。" . <"该指南应适用于 એનએમસી 以外的其他正极材料。""એનએમસી સિવાયની અન્ય કેથોડ સામગ્રી પર માર્ગદર્શિકા લાગુ થવી જોઈએ."
આ અભ્યાસ વિશેનો એક લેખ નેચર એનર્જી જર્નલમાં દેખાયો. In addition to Xu, Amin, Liu and Chang, the Argonne authors are Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu , Junjing Deng, Inhui Hwang, Chengjun Sun, Tao Zhou, Ming ડુ, અને ઝોંગાઇ ચેન. લોરેન્સ બર્કલે નેશનલ લેબોરેટરી (વાન્લી યાંગ, કિંગટિયન લિ, અને ઝેંગકિંગ ઝુઓ), ઝિયામન યુનિવર્સિટી (જીંગ-જિંગ ફેન, લિંગ હુઆંગ અને શી-ગેંગ સન) અને ત્સિંગુઆ યુનિવર્સિટી (ડોંગશેંગ રેન, ઝુનીંગ ફેંગ અને મિંગાઓ ઓયાંગ) ના વૈજ્ .ાનિકો.
નેનોમેટ્રીયલ્સ ફોર નેનોમેટ્રીયલ્સના આર્ગોને સેન્ટર વિશે, યુએસ Energy ર્જા નેનો ટેકનોલોજી સંશોધન કેન્દ્રોના પાંચ યુ.એસ. વિભાગમાંથી એક, યુએસ Energy ર્જા વિભાગના વિજ્ .ાન વિભાગ દ્વારા સપોર્ટેડ આંતરશાખાકીય નેનોસ્કેલ સંશોધન માટે પ્રીમિયર રાષ્ટ્રીય વપરાશકર્તા સંસ્થા છે. એકસાથે, એનએસઆરસી પૂરક સુવિધાઓનો એક સ્યુટ બનાવે છે જે સંશોધનકારોને નેનોસ્કેલ સામગ્રીને બનાવટી, પ્રક્રિયા, લાક્ષણિકતા અને મોડેલિંગ માટે અત્યાધુનિક ક્ષમતાઓ પ્રદાન કરે છે અને રાષ્ટ્રીય નેનો ટેકનોલોજી પહેલ હેઠળના સૌથી મોટા ઇન્ફ્રાસ્ટ્રક્ચર રોકાણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. એનએસઆરસી એ આર્ગોને, બ્રૂકવેન, લોરેન્સ બર્કલે, ઓક રિજ, સેન્ડિયા અને લોસ એલામોસમાં યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી નેશનલ લેબોરેટરીઝમાં સ્થિત છે. એનએસઆરસી ડીઓઇ વિશે વધુ માહિતી માટે, https: // વિજ્ .ાન .osti .gov/us er-f a c i lit ie/us er-f a c i l it એટલે કે એટલે કે-એ ગ્લેન્સની મુલાકાત લો.
આર્ગોને નેશનલ લેબોરેટરીમાં યુ.એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીના એડવાન્સ્ડ ફોટોન સોર્સ (એપી) એ વિશ્વના સૌથી ઉત્પાદક એક્સ-રે સ્ત્રોતોમાંનું એક છે. એપીએસ મટિરીયલ્સ સાયન્સ, રસાયણશાસ્ત્ર, કન્ડેન્સ્ડ મેટર ફિઝિક્સ, જીવન અને પર્યાવરણીય વિજ્ .ાન અને લાગુ સંશોધનમાં વૈવિધ્યસભર સંશોધન સમુદાયને ઉચ્ચ-તીવ્રતા એક્સ-રે પ્રદાન કરે છે. આ એક્સ-રે સામગ્રી અને જૈવિક બંધારણો, તત્વોનું વિતરણ, રાસાયણિક, ચુંબકીય અને ઇલેક્ટ્રોનિક રાજ્યો અને તકનીકી રીતે મહત્વપૂર્ણ ઇજનેરી પ્રણાલીઓ, બેટરીથી લઈને બળતણ ઇન્જેક્ટર નોઝલ સુધીના અભ્યાસ માટે આદર્શ છે, જે આપણા રાષ્ટ્રીય અર્થતંત્ર, તકનીકી માટે મહત્વપૂર્ણ છે. અને શરીર આરોગ્યનો આધાર. દર વર્ષે, 5,000,૦૦૦ થી વધુ સંશોધકો અન્ય કોઈપણ એક્સ-રે સંશોધન કેન્દ્રના વપરાશકર્તાઓ કરતા મહત્વપૂર્ણ શોધોની વિગતો અને વધુ મહત્વપૂર્ણ જૈવિક પ્રોટીન સ્ટ્રક્ચર્સને હલ કરવા માટે 2,000 થી વધુ પ્રકાશનો પ્રકાશિત કરવા માટે એપીએસનો ઉપયોગ કરે છે. એપીએસ વૈજ્ .ાનિકો અને ઇજનેરો નવીન તકનીકોનો અમલ કરી રહ્યા છે જે પ્રવેગક અને પ્રકાશ સ્રોતોના પ્રભાવને સુધારવાનો આધાર છે. આમાં ઇનપુટ ડિવાઇસીસ શામેલ છે જે સંશોધનકારો દ્વારા કિંમતી અત્યંત તેજસ્વી એક્સ-રે ઉત્પન્ન કરે છે, લેન્સ કે જે એક્સ-રેને થોડા નેનોમીટર્સ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે, એવા ઉપકરણો કે જે એક્સ-રે અભ્યાસ હેઠળના નમૂના સાથે સંપર્ક કરે છે, અને એપીએસ ડિસ્કવર સંશોધનનું સંગ્રહ અને સંચાલન વિશાળ ડેટા વોલ્યુમ ઉત્પન્ન કરે છે.
આ અધ્યયનમાં યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ Science ફ સાયન્સ યુઝર સેન્ટર ઓફ યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ Science ફ સાયન્સ યુઝર સેન્ટરના એડવાન્સ્ડ ફોટોન સોર્સના સંસાધનોનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો છે, જે યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી Office ફિસ ઓફ સાયન્સ માટે કોન્ટ્રેક્ટ નંબર ડી-એસી 02-06 સીએચ 11357 હેઠળ છે.
આર્ગોન નેશનલ લેબોરેટરી ઘરેલું વિજ્ and ાન અને તકનીકીની દબાણયુક્ત સમસ્યાઓ હલ કરવાનો પ્રયત્ન કરે છે. યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સની પ્રથમ રાષ્ટ્રીય પ્રયોગશાળા તરીકે, આર્ગોને દરેક વૈજ્ .ાનિક શિસ્તમાં કટીંગ એજ બેઝિક અને લાગુ સંશોધનનું સંચાલન કર્યું છે. આર્ગોને સંશોધનકારો સેંકડો કંપનીઓ, યુનિવર્સિટીઓ અને ફેડરલ, રાજ્ય અને મ્યુનિસિપલ એજન્સીઓના સંશોધનકારો સાથે ચોક્કસ સમસ્યાઓ હલ કરવામાં, યુ.એસ. વૈજ્ .ાનિક નેતૃત્વને આગળ વધારવા અને વધુ સારા ભવિષ્ય માટે રાષ્ટ્રને તૈયાર કરવા માટે નજીકથી કાર્ય કરે છે. આર્ગોન 60 થી વધુ દેશોના કર્મચારીઓને રોજગારી આપે છે અને યુએસએસીએના વિજ્ .ાન વિભાગના યુ.એસ. વિભાગના એલએલસી, યુચિકાગો આર્ગોન દ્વારા સંચાલિત છે.
યુએસ ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જીની ઓફિસ ઓફ સાયન્સ એ ભૌતિક વિજ્ in ાનમાં મૂળભૂત સંશોધનનો દેશનો સૌથી મોટો પ્રસ્તાવક છે, જે આપણા સમયના કેટલાક સૌથી વધુ મુદ્દાઓને ધ્યાનમાં લેવાનું કામ કરે છે. વધુ માહિતી માટે, https: // energy ર્જા .gov/વિજ્ .ાન આઇન્સની મુલાકાત લો.