அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் (DOE) ஆர்கோன் தேசிய ஆய்வக ஆராய்ச்சியாளர்கள், லித்தியம்-அயன் மின்கலங்கள் துறையில் முன்னோடியான கண்டுபிடிப்புகளைச் செய்வதில் நீண்ட வரலாறு கொண்டவர்கள். இந்த முடிவுகளில் பல, NMC (நிக்கல் மாங்கனீசு மற்றும் கோபால்ட் ஆக்சைடு) எனப்படும் மின்கலத்தின் எதிர்மின்முனைக்கானவை. இந்த எதிர்மின்முனையைக் கொண்ட ஒரு மின்கலம் தற்போது செவர்லே போல்ட் வாகனத்திற்கு ஆற்றலை வழங்குகிறது.
ஆர்கோன் ஆராய்ச்சியாளர்கள் NMC கேத்தோடுகளில் மற்றொரு திருப்புமுனையை அடைந்துள்ளனர். இந்தக் குழுவின் புதிய நுண்ணிய கேத்தோடு துகள் அமைப்பானது, பேட்டரியை மேலும் நீடித்து உழைக்கக்கூடியதாகவும், பாதுகாப்பானதாகவும் மாற்றுவதோடு, மிக அதிக மின்னழுத்தங்களில் செயல்படவும், நீண்ட தூரப் பயண வரம்புகளை வழங்கவும் உதவக்கூடும்.
"உயர் அழுத்த, எல்லைகளற்ற எதிர்மின்வாய்ப் பொருட்களைத் தயாரிப்பதற்கு, மின்கல உற்பத்தியாளர்கள் பயன்படுத்தக்கூடிய வழிகாட்டுதல்கள் இப்போது நம்மிடம் உள்ளன," என்றார் ஆர்கோன் ஃபெலோ எமரிட்டஸ் கலீல் அமின்.
"தற்போதுள்ள NMC எதிர்மின்முனைகள் உயர் மின்னழுத்தப் பணிகளுக்கு ஒரு பெரும் தடையாக உள்ளன," என்று உதவி வேதியியலாளர் குயிலியாங் ஸு கூறினார். மின்னேற்றம்-மின்னிறக்கச் சுழற்சியின் போது, ​​எதிர்மின்முனைத் துகள்களில் விரிசல்கள் உருவாவதால் செயல்திறன் வேகமாக குறைகிறது. பல தசாப்தங்களாக, மின்கல ஆராய்ச்சியாளர்கள் இந்த விரிசல்களைச் சரிசெய்வதற்கான வழிகளைத் தேடி வருகின்றனர்.
கடந்த காலத்தில் பயன்படுத்தப்பட்ட ஒரு முறையில், பல மிகச் சிறிய துகள்களால் ஆன நுண்ணிய கோள வடிவத் துகள்கள் பயன்படுத்தப்பட்டன. பெரிய கோள வடிவத் துகள்கள் பல்படிகத்தன்மை கொண்டவை; அவை பல்வேறு திசையமைப்புகளைக் கொண்ட படிகப் பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளன. இதன் விளைவாக, விஞ்ஞானிகள் துகள்களுக்கு இடையில் 'தானிய எல்லைகள்' என்று அழைக்கும் அமைப்பைக் கொண்டுள்ளன, இது ஒரு சுழற்சியின் போது மின்கலத்தில் விரிசல் ஏற்படக் காரணமாகலாம். இதைத் தடுப்பதற்காக, ஸூ மற்றும் ஆர்கோனின் சக ஊழியர்கள் இதற்கு முன்னர் ஒவ்வொரு துகளையும் சுற்றி ஒரு பாதுகாப்பு பாலிமர் பூச்சினை உருவாக்கியிருந்தனர். இந்தப் பூச்சு, பெரிய கோள வடிவத் துகள்களையும் அவற்றுக்குள் இருக்கும் சிறிய துகள்களையும் சூழ்ந்துள்ளது.
இந்த வகையான விரிசலைத் தவிர்ப்பதற்கான மற்றொரு வழி, ஒற்றைப் படிகத் துகள்களைப் பயன்படுத்துவதாகும். இந்தத் துகள்களை எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி மூலம் ஆய்வு செய்ததில், அவற்றுக்கு எல்லைகள் இல்லை என்பது தெரியவந்தது.
பூசப்பட்ட பலபடிகங்கள் மற்றும் ஒற்றைப் படிகங்களால் செய்யப்பட்ட எதிர்மின்முனைகள், சுழற்சியின் போது தொடர்ந்து விரிசல் அடைந்தன என்பதே அந்த ஆய்வுக் குழு எதிர்கொண்ட சிக்கலாக இருந்தது. எனவே, அவர்கள் அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் ஆர்கோன் அறிவியல் மையத்தில் உள்ள மேம்பட்ட ஃபோட்டான் மூலம் (APS) மற்றும் நானோபொருட்கள் மையம் (CNM) ஆகியவற்றில் இந்த எதிர்மின்முனைப் பொருட்கள் குறித்து விரிவான பகுப்பாய்வை மேற்கொண்டனர்.
ஐந்து APS கரங்களில் (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C மற்றும் 34-ID-E) பல்வேறு எக்ஸ்-கதிர் பகுப்பாய்வுகள் மேற்கொள்ளப்பட்டன. எலக்ட்ரான் மற்றும் எக்ஸ்-கதிர் நுண்ணோக்கி மூலம் விஞ்ஞானிகள் ஒற்றைப் படிகம் என்று கருதியதற்கு, உண்மையில் உள்ளே ஒரு எல்லை இருந்தது என்பது தெரியவந்தது. CNM-களின் ஸ்கேனிங் மற்றும் டிரான்ஸ்மிஷன் எலக்ட்ரான் நுண்ணோக்கி ஆய்வுகள் இந்த முடிவை உறுதிப்படுத்தின.
"இந்தத் துகள்களின் மேற்பரப்பு உருவமைப்பை நாங்கள் ஆய்வு செய்தபோது, ​​அவை ஒற்றைப் படிகங்களைப் போலத் தோன்றின," என்று இயற்பியலாளர் வென்ஜுன் லியு கூறினார். â<“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。” <“நீங்கள்我们 发现 边界 隐藏 在。”இருப்பினும், APS-இல் நாங்கள் சின்க்ரோட்ரான் எக்ஸ்-கதிர் விளிம்புச்சிதறல் நுண்ணோக்கி மற்றும் பிற நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தியபோது, ​​அந்த எல்லைகள் உள்ளே மறைந்திருந்ததைக் கண்டறிந்தோம்.
முக்கியமாக, எல்லைகளற்ற ஒற்றைப் படிகங்களை உற்பத்தி செய்வதற்கான ஒரு முறையை இந்தக் குழு உருவாக்கியுள்ளது. இந்த ஒற்றைப் படிக எதிர்மின்வாயைக் கொண்டு மிக அதிக மின்னழுத்தங்களில் சிறிய மின்கலங்களைச் சோதித்தபோது, ​​100 சோதனைச் சுழற்சிகளுக்கு மேல் செயல்திறனில் கிட்டத்தட்ட எந்த இழப்பும் இல்லாமல், ஓரலகு கனஅளவிற்கான ஆற்றல் சேமிப்பில் 25% அதிகரிப்பு காணப்பட்டது. இதற்கு மாறாக, பல-இடைமுக ஒற்றைப் படிகங்கள் அல்லது பூசப்பட்ட பலபடிகங்களால் ஆன NMC எதிர்மின்வாய்கள், அதே ஆயுட்காலத்தில் 60% முதல் 88% வரை கொள்ளளவு வீழ்ச்சியைக் காட்டின.
அணு அளவிலான கணக்கீடுகள் எதிர்மின்முனை மின்தேக்கக் குறைவின் பொறிமுறையை வெளிப்படுத்துகின்றன. CNM-ஐச் சேர்ந்த நானோ விஞ்ஞானியான மரியா சாங்கின் கூற்றுப்படி, மின்கலம் மின்னேற்றப்படும்போது, ​​தொலைவில் உள்ள பகுதிகளைக் காட்டிலும் அதன் எல்லைப் பகுதிகள் ஆக்சிஜன் அணுக்களை இழப்பதற்கான வாய்ப்புகள் அதிகம். இந்த ஆக்சிஜன் இழப்பு, மின்கலச் சுழற்சியின் சீரழிவுக்கு வழிவகுக்கிறது.
"அந்த எல்லையானது, அதிக அழுத்தத்தில் ஆக்சிஜன் வெளியிடப்படுவதற்கு வழிவகுத்து, அது செயல்திறன் குறைவதற்குக் காரணமாக அமையக்கூடும் என்பதை எங்கள் கணக்கீடுகள் காட்டுகின்றன," என்று சான் கூறினார்.
எல்லையை நீக்குவது ஆக்சிஜன் வெளியேற்றத்தைத் தடுக்கிறது, அதன் மூலம் எதிர்மின்வாயின் பாதுகாப்பையும் சுழற்சி நிலைத்தன்மையையும் மேம்படுத்துகிறது. அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் லாரன்ஸ் பெர்க்லி தேசிய ஆய்வகத்தில் APS மற்றும் ஒரு மேம்பட்ட ஒளி மூலத்தைக் கொண்டு மேற்கொள்ளப்பட்ட ஆக்சிஜன் வெளியேற்ற அளவீடுகள் இந்த முடிவை உறுதிப்படுத்துகின்றன.
"எல்லைகளற்ற மற்றும் உயர் அழுத்தத்தில் செயல்படும் எதிர்மின்வாய்ப் பொருட்களைத் தயாரிக்க, மின்கல உற்பத்தியாளர்கள் பயன்படுத்தக்கூடிய வழிகாட்டுதல்கள் இப்போது நம்மிடம் உள்ளன," என்று ஆர்கோன் ஃபெலோ எமரிட்டஸ் கலீல் அமின் கூறினார். 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-ஐத் தவிர மற்ற எதிர்மின்வாய்ப் பொருட்களுக்கும் வழிகாட்டுதல்கள் பொருந்த வேண்டும்.
இந்த ஆய்வு பற்றிய கட்டுரை நேச்சர் எனர்ஜி இதழில் வெளிவந்துள்ளது. Xu, Amin, Liu மற்றும் Chang ஆகியோரைத் தவிர, Argone ஆசிரியர்கள் Xiang Liu, Venkata Surya Chaitanya Kolluru, Chen Zhao, Xinwei Zhou, Yuzi Liu, Liang Ying, Amin Daali, Yang Ren, Wenqian Xu , Junjing Deng, Inhui Zu Zuong, Taengui Zuong, Taiango, சென். லாரன்ஸ் பெர்க்லி தேசிய ஆய்வகம் (வான்லி யாங், கிங்டியன் லி மற்றும் ஜெங்கிங் ஜுவோ), ஜியாமென் பல்கலைக்கழகம் (ஜிங்-ஜிங் ஃபேன், லிங் ஹுவாங் மற்றும் ஷி-காங் சன்) மற்றும் சிங்குவா பல்கலைக்கழகம் (டாங்ஷெங் ரென், க்சுனிங் ஃபெங் மற்றும் மிங்காவோ ஓயுயாங்) விஞ்ஞானிகள்.
ஆர்கோன் நானோபொருட்கள் மையம் பற்றி: அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் ஐந்து நானோதொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சி மையங்களில் ஒன்றான நானோபொருட்கள் மையம், அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் அறிவியல் அலுவலகத்தால் ஆதரிக்கப்படும் பல்துறை நானோ அளவிலான ஆராய்ச்சிக்கான முதன்மையான தேசியப் பயனர் நிறுவனமாகும். தேசிய நானோபொருட்கள் ஆராய்ச்சி மையங்கள் (NSRCs) ஒன்றிணைந்து, நானோ அளவிலான பொருட்களை உருவாக்குதல், பதப்படுத்துதல், பண்பறிதல் மற்றும் மாதிரியாக்குதல் ஆகியவற்றுக்கான அதிநவீன திறன்களை ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு வழங்கும் நிரப்பு வசதிகளின் தொகுப்பை உருவாக்குகின்றன. மேலும், இவை தேசிய நானோதொழில்நுட்ப முன்முயற்சியின் கீழ் செய்யப்படும் மிகப்பெரிய உள்கட்டமைப்பு முதலீட்டையும் குறிக்கின்றன. இந்த NSRC, ஆர்கோன், புரூக்ஹேவன், லாரன்ஸ் பெர்க்லி, ஓக் ரிட்ஜ், சாண்டியா மற்றும் லாஸ் அலமோஸ் ஆகிய இடங்களில் உள்ள அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் தேசிய ஆய்வகங்களில் அமைந்துள்ளது. NSRC DOE பற்றிய மேலும் தகவலுக்கு, https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​​​ie​s​/ ​Us​ er​-​F​a​c​i​l​it​ie​ie​s​-​at​-a​​Glance என்ற இணையதளத்தைப் பார்வையிடவும்.
ஆர்கோன் தேசிய ஆய்வகத்தில் உள்ள அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் மேம்பட்ட ஃபோட்டான் மூலம் (APS), உலகின் மிகவும் உற்பத்தித்திறன் மிக்க எக்ஸ்-கதிர் மூலங்களில் ஒன்றாகும். APS, பொருள் அறிவியல், வேதியியல், திண்மப் பொருள் இயற்பியல், உயிர் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் அறிவியல், மற்றும் பயன்பாட்டு ஆராய்ச்சி ஆகிய துறைகளில் உள்ள ஒரு பன்முக ஆராய்ச்சி சமூகத்திற்கு உயர்-செறிவு எக்ஸ்-கதிர்களை வழங்குகிறது. இந்த எக்ஸ்-கதிர்கள், பொருட்கள் மற்றும் உயிரியல் கட்டமைப்புகள், தனிமங்களின் பரவல், வேதியியல், காந்த மற்றும் மின்னணு நிலைகள், மற்றும் நமது தேசியப் பொருளாதாரம், தொழில்நுட்பம் மற்றும் உடல் ஆரோக்கியத்திற்கு இன்றியமையாத மின்கலன்கள் முதல் எரிபொருள் உட்செலுத்தி முனைகள் வரையிலான அனைத்து வகையான தொழில்நுட்ப ரீதியாக முக்கியமான பொறியியல் அமைப்புகளைப் படிப்பதற்கு மிகவும் உகந்தவை. ஒவ்வொரு ஆண்டும், 5,000-க்கும் மேற்பட்ட ஆராய்ச்சியாளர்கள் APS-ஐப் பயன்படுத்தி, 2,000-க்கும் மேற்பட்ட வெளியீடுகளை வெளியிடுகின்றனர். இவை முக்கியமான கண்டுபிடிப்புகளை விவரிப்பதோடு, வேறு எந்த எக்ஸ்-கதிர் ஆராய்ச்சி மையத்தின் பயனர்களை விடவும் அதிக முக்கியமான உயிரியல் புரதக் கட்டமைப்புகளின் சிக்கல்களையும் தீர்க்கின்றன. APS விஞ்ஞானிகளும் பொறியாளர்களும், முடுக்கிகள் மற்றும் ஒளி மூலங்களின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கான அடிப்படையாக விளங்கும் புதுமையான தொழில்நுட்பங்களைச் செயல்படுத்தி வருகின்றனர். இதில், ஆராய்ச்சியாளர்களால் பெரிதும் விரும்பப்படும் மிகவும் பிரகாசமான எக்ஸ்-கதிர்களை உருவாக்கும் உள்ளீட்டு சாதனங்கள், எக்ஸ்-கதிர்களைச் சில நானோமீட்டர்கள் வரை குவிக்கும் வில்லைகள், ஆய்வு செய்யப்படும் மாதிரியுடன் எக்ஸ்-கதிர்கள் ஊடாடும் விதத்தை அதிகப்படுத்தும் கருவிகள், மற்றும் APS கண்டுபிடிப்புகளின் சேகரிப்பு மற்றும் மேலாண்மை ஆகியவை அடங்கும். ஆராய்ச்சி மிகப்பெரிய அளவிலான தரவுகளை உருவாக்குகிறது.
இந்த ஆய்வானது, DE-AC02-06CH11357 என்ற ஒப்பந்த எண்ணின் கீழ், அமெரிக்க எரிசக்தித் துறை அறிவியல் அலுவலகத்திற்காக ஆர்கோன் தேசிய ஆய்வகத்தால் இயக்கப்படும் ஒரு பயனர் மையமான, அட்வான்ஸ்டு ஃபோட்டான் சோர்ஸ் (Advanced Photon Source)-இன் வளங்களைப் பயன்படுத்தியது.
ஆர்கோன் தேசிய ஆய்வகம், உள்நாட்டு அறிவியல் மற்றும் தொழில்நுட்பத்தின் அவசரப் பிரச்சினைகளைத் தீர்க்க முயல்கிறது. அமெரிக்காவின் முதல் தேசிய ஆய்வகமாக, ஆர்கோன் ஏறக்குறைய ஒவ்வொரு அறிவியல் துறையிலும் அதிநவீன அடிப்படை மற்றும் பயன்பாட்டு ஆராய்ச்சிகளை மேற்கொள்கிறது. ஆர்கோன் ஆராய்ச்சியாளர்கள், நூற்றுக்கணக்கான நிறுவனங்கள், பல்கலைக்கழகங்கள் மற்றும் மத்திய, மாநில, நகராட்சி முகமைகளைச் சேர்ந்த ஆராய்ச்சியாளர்களுடன் நெருக்கமாகப் பணியாற்றி, குறிப்பிட்ட பிரச்சினைகளைத் தீர்க்கவும், அமெரிக்காவின் அறிவியல் தலைமைத்துவத்தை மேம்படுத்தவும், தேசத்தை ஒரு சிறந்த எதிர்காலத்திற்குத் தயார்படுத்தவும் உதவுகிறார்கள். ஆர்கோனில் 60-க்கும் மேற்பட்ட நாடுகளைச் சேர்ந்த ஊழியர்கள் பணிபுரிகின்றனர். இது அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் அறிவியல் அலுவலகத்தின் கீழ் இயங்கும் UChicago Argonne, LLC நிறுவனத்தால் இயக்கப்படுகிறது.
அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் அறிவியல் அலுவலகம், நமது காலத்தின் மிகவும் அழுத்தமான சில பிரச்சினைகளுக்குத் தீர்வு காணும் வகையில் செயல்பட்டு, இயற்பியல் அறிவியலில் அடிப்படை ஆராய்ச்சியை நாடு முழுவதும் பெரிதும் ஆதரிக்கிறது. மேலும் தகவல்களுக்கு, https://energy.gov/scienceience என்ற இணையதளத்தைப் பார்வையிடவும்.