ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর (DOE) Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরির গবেষকদের লিথিয়াম-আয়ন ব্যাটারির ক্ষেত্রে অগ্রণী আবিষ্কারের দীর্ঘ ইতিহাস রয়েছে। এই ফলাফলগুলির মধ্যে অনেকগুলি ব্যাটারি ক্যাথোডের জন্য, যাকে NMC, নিকেল ম্যাঙ্গানিজ এবং কোবাল্ট অক্সাইড বলা হয়৷ এই ক্যাথোড সহ একটি ব্যাটারি এখন শেভ্রোলেট বোল্টকে শক্তি দেয়৷
Argonne গবেষকরা NMC ক্যাথোডে আরেকটি সাফল্য অর্জন করেছেন। দলের নতুন ক্ষুদ্র ক্যাথোড কণার কাঠামো ব্যাটারিটিকে আরও টেকসই এবং নিরাপদ করে তুলতে পারে, খুব উচ্চ ভোল্টেজে কাজ করতে সক্ষম এবং দীর্ঘ ভ্রমণ রেঞ্জ প্রদান করতে পারে।
"আমাদের কাছে এখন নির্দেশিকা রয়েছে যে ব্যাটারি নির্মাতারা উচ্চ-চাপ, সীমাহীন ক্যাথোড সামগ্রী তৈরি করতে ব্যবহার করতে পারে," খলিল আমিন, আর্গোন ফেলো ইমেরিটাস৷
"বিদ্যমান NMC ক্যাথোডগুলি উচ্চ ভোল্টেজের কাজের জন্য একটি বড় বাধা উপস্থাপন করে," বলেছেন সহকারী রসায়নবিদ গুইলিয়াং জু। চার্জ-ডিসচার্জ সাইক্লিংয়ের সাথে, ক্যাথোড কণাগুলিতে ফাটল তৈরির কারণে কর্মক্ষমতা দ্রুত হ্রাস পায়। কয়েক দশক ধরে, ব্যাটারি গবেষকরা এই ফাটলগুলি মেরামত করার উপায় খুঁজছেন।
অতীতে একটি পদ্ধতিতে অনেকগুলি ছোট কণার সমন্বয়ে গঠিত ক্ষুদ্র গোলাকার কণা ব্যবহার করা হয়েছিল। বৃহৎ গোলাকার কণাগুলি পলিক্রিস্টালাইন, স্ফটিক ডোমেন সহ বিভিন্ন অভিযোজন। ফলস্বরূপ, তাদের রয়েছে যাকে বিজ্ঞানীরা কণার মধ্যে শস্যের সীমানা বলে, যা একটি চক্রের সময় ব্যাটারি ক্র্যাক করতে পারে। এটি প্রতিরোধ করার জন্য, Xu এবং Argonne এর সহকর্মীরা পূর্বে প্রতিটি কণার চারপাশে একটি প্রতিরক্ষামূলক পলিমার আবরণ তৈরি করেছিলেন। এই আবরণটি বড় গোলাকার কণা এবং তাদের মধ্যে ছোট কণাকে ঘিরে থাকে।
এই ধরনের ক্র্যাকিং এড়াতে আরেকটি উপায় হল একক ক্রিস্টাল কণা ব্যবহার করা। এই কণাগুলির ইলেকট্রন মাইক্রোস্কোপি দেখায় যে তাদের কোন সীমানা নেই।
দলের জন্য সমস্যাটি ছিল যে প্রলিপ্ত পলিক্রিস্টাল এবং একক স্ফটিক থেকে তৈরি ক্যাথোডগুলি এখনও সাইকেল চালানোর সময় ফাটল ধরে। অতএব, তারা ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর আর্গননে সায়েন্স সেন্টারে অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স (এপিএস) এবং সেন্টার ফর ন্যানোমেটেরিয়ালস (সিএনএম) এ এই ক্যাথোড উপাদানগুলির ব্যাপক বিশ্লেষণ পরিচালনা করেছে।
পাঁচটি এপিএস অস্ত্রে (11-BM, 20-BM, 2-ID-D, 11-ID-C এবং 34-ID-E) বিভিন্ন এক্স-রে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। এটি দেখা যাচ্ছে যে বিজ্ঞানীরা যা ভেবেছিলেন তা একটি একক স্ফটিক, যেমনটি ইলেক্ট্রন এবং এক্স-রে মাইক্রোস্কোপি দ্বারা দেখানো হয়েছে, আসলে ভিতরে একটি সীমানা ছিল। CNM-এর স্ক্যানিং এবং ট্রান্সমিশন ইলেক্ট্রন মাইক্রোস্কোপি এই উপসংহার নিশ্চিত করেছে।
"যখন আমরা এই কণাগুলির পৃষ্ঠের রূপবিদ্যার দিকে তাকাই, তখন তারা একক স্ফটিকের মতো দেখায়," পদার্থবিদ ওয়েনজুন লিউ বলেছেন। 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们，技术和其一种称界隐藏在内部." â� <“但是, 当 在 使用 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的 技术 使用 的技术 和和和边界 隐藏 在।""তবে, যখন আমরা এপিএস-এ সিঙ্ক্রোট্রন এক্স-রে ডিফ্রাকশন মাইক্রোস্কোপি এবং অন্যান্য কৌশল নামে একটি কৌশল ব্যবহার করেছি, তখন আমরা দেখতে পেলাম যে সীমানা ভিতরে লুকানো ছিল।"
গুরুত্বপূর্ণভাবে, দলটি সীমানা ছাড়াই একক স্ফটিক উত্পাদন করার একটি পদ্ধতি তৈরি করেছে। খুব উচ্চ ভোল্টেজে এই একক-ক্রিস্টাল ক্যাথোডের সাথে ছোট কোষগুলি পরীক্ষা করার ফলে 100টি পরীক্ষা চক্রের বেশি কার্যক্ষমতায় কার্যত কোনও ক্ষতি না হওয়াতে প্রতি ইউনিট আয়তনে শক্তি সঞ্চয় 25% বৃদ্ধি পেয়েছে। বিপরীতে, মাল্টি-ইন্টারফেস একক স্ফটিক বা প্রলিপ্ত পলিক্রিস্টালগুলির সমন্বয়ে গঠিত এনএমসি ক্যাথোড একই জীবদ্দশায় 60% থেকে 88% এর ক্ষমতা হ্রাস দেখিয়েছে।
পারমাণবিক স্কেল গণনা ক্যাথোড ক্যাপাসিট্যান্স হ্রাসের প্রক্রিয়া প্রকাশ করে। CNM-এর একজন ন্যানোসায়েন্টিস্ট মারিয়া চ্যাং-এর মতে, ব্যাটারি চার্জ করা হলে সীমানাগুলি অক্সিজেন পরমাণু হারানোর সম্ভাবনা বেশি থাকে। অক্সিজেনের এই ক্ষতি কোষ চক্রের অবনতির দিকে নিয়ে যায়।
"আমাদের গণনাগুলি দেখায় যে কীভাবে সীমানা উচ্চ চাপে অক্সিজেন নির্গত হতে পারে, যা কর্মক্ষমতা হ্রাস করতে পারে," চ্যান বলেছিলেন।
সীমানা নির্মূল করা অক্সিজেনের বিবর্তনকে বাধা দেয়, যার ফলে ক্যাথোডের নিরাপত্তা এবং চক্রীয় স্থিতিশীলতা উন্নত হয়। ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি-এর লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে এপিএসের সাথে অক্সিজেন বিবর্তন পরিমাপ এবং একটি উন্নত আলোর উত্স এই উপসংহারটি নিশ্চিত করে।
"এখন আমাদের কাছে নির্দেশিকা রয়েছে যে ব্যাটারি নির্মাতারা ক্যাথোড সামগ্রী তৈরি করতে ব্যবহার করতে পারে যার কোন সীমানা নেই এবং উচ্চ চাপে কাজ করতে পারে," খলিল আমিন, আর্গনের ফেলো ইমেরিটাস বলেছেন৷ 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.”"নির্দেশিকা NMC ব্যতীত অন্য ক্যাথোড উপকরণগুলিতে প্রযোজ্য হওয়া উচিত।"
এই গবেষণা সম্পর্কে একটি নিবন্ধ নেচার এনার্জি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। জু, আমিন, লিউ এবং চ্যাং ছাড়াও আর্গোনের লেখকরা হলেন জিয়াং লিউ, ভেঙ্কটা সূর্য চৈতন্য কোল্লুরু, চেন ঝাও, জিনওয়েই ঝৌ, ইউজি লিউ, লিয়াং ইং, আমিন দালি, ইয়াং রেন, ওয়েনকিয়ান জু, জুনজিং ডেং, ইনহুই হোয়াং, চেংজুন সান, তাও ঝৌ, মিং ডু এবং জোংহাই চেন। লরেন্স বার্কলে ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (ওয়ানলি ইয়াং, কিংটিয়ান লি, এবং জেংকিং ঝুও), জিয়ামেন ইউনিভার্সিটি (জিং-জিং ফ্যান, লিং হুয়াং এবং শি-গ্যাং সান) এবং সিংহুয়া ইউনিভার্সিটি (ডংশেং রেন, জুনিং ফেং এবং মিংগাও ওউয়াং) এর বিজ্ঞানীরা।
ন্যানোমেটেরিয়ালের জন্য Argonne সেন্টার সম্পর্কে The Center for Nanomaterials, পাঁচটি মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি ন্যানোটেকনোলজি রিসার্চ সেন্টারের মধ্যে একটি, ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি এর অফিস অফ সায়েন্স দ্বারা সমর্থিত আন্তঃবিভাগীয় ন্যানোস্কেল গবেষণার জন্য প্রধান জাতীয় ব্যবহারকারী প্রতিষ্ঠান। একসাথে, NSRCs পরিপূরক সুবিধাগুলির একটি স্যুট তৈরি করে যা গবেষকদের ন্যানোস্কেল উপকরণ তৈরি, প্রক্রিয়াকরণ, চরিত্রায়ন এবং মডেলিংয়ের জন্য অত্যাধুনিক ক্ষমতা প্রদান করে এবং ন্যাশনাল ন্যানোটেকনোলজি ইনিশিয়েটিভের অধীনে বৃহত্তম অবকাঠামো বিনিয়োগের প্রতিনিধিত্ব করে। NSRC আর্গোনে, ব্রুকহেভেন, লরেন্স বার্কলে, ওক রিজ, স্যান্ডিয়া এবং লস আলামোসের মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে অবস্থিত। NSRC DOE সম্পর্কে আরও তথ্যের জন্য, https://​science​.osti​.gov/Us​er​-​F​a​c​i​lit​​​ie​s​/ ​আমাদের er-f​c​i​l​it​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​এক নজরে।
Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরিতে মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জির অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স (এপিএস) হল বিশ্বের সবচেয়ে উৎপাদনশীল এক্স-রে উত্সগুলির মধ্যে একটি৷ APS পদার্থ বিজ্ঞান, রসায়ন, ঘনীভূত পদার্থ পদার্থবিদ্যা, জীবন এবং পরিবেশগত বিজ্ঞান এবং ফলিত গবেষণায় বিভিন্ন গবেষণা সম্প্রদায়কে উচ্চ-তীব্রতার এক্স-রে প্রদান করে। এই এক্স-রেগুলি পদার্থ এবং জৈবিক কাঠামো, উপাদানগুলির বিতরণ, রাসায়নিক, চৌম্বকীয় এবং ইলেকট্রনিক অবস্থা এবং ব্যাটারি থেকে ফুয়েল ইনজেক্টর অগ্রভাগ পর্যন্ত সমস্ত ধরণের প্রযুক্তিগতভাবে গুরুত্বপূর্ণ ইঞ্জিনিয়ারিং সিস্টেমগুলি অধ্যয়নের জন্য আদর্শ যা আমাদের জাতীয় অর্থনীতি, প্রযুক্তির জন্য অত্যাবশ্যক। . এবং শরীর স্বাস্থ্যের ভিত্তি। প্রতি বছর, 5,000 এরও বেশি গবেষক গুরুত্বপূর্ণ আবিষ্কারের বিশদ বিবরণ এবং অন্য কোনও এক্স-রে গবেষণা কেন্দ্রের ব্যবহারকারীদের তুলনায় আরও গুরুত্বপূর্ণ জৈবিক প্রোটিন কাঠামোর সমাধান করার জন্য 2,000টিরও বেশি প্রকাশনা প্রকাশ করতে APS ব্যবহার করেন। এপিএস বিজ্ঞানী এবং প্রকৌশলীরা উদ্ভাবনী প্রযুক্তি প্রয়োগ করছেন যা এক্সিলারেটর এবং আলোর উত্সগুলির কর্মক্ষমতা উন্নত করার ভিত্তি। এর মধ্যে রয়েছে এমন ইনপুট ডিভাইস যা গবেষকদের দ্বারা মূল্যবান অত্যন্ত উজ্জ্বল এক্স-রে উৎপন্ন করে, লেন্স যা এক্স-রেকে কয়েক ন্যানোমিটারে ফোকাস করে, যন্ত্র যা এক্স-রে অধ্যয়নের অধীনে নমুনার সাথে মিথস্ক্রিয়া করার উপায়কে সর্বাধিক করে এবং APS আবিষ্কারের সংগ্রহ ও পরিচালনা। গবেষণা বিশাল ডেটা ভলিউম তৈরি করে।
এই গবেষণায় অ্যাডভান্সড ফোটন সোর্স থেকে সংস্থান ব্যবহার করা হয়েছে, চুক্তি নম্বর DE-AC02-06CH11357 এর অধীনে মার্কিন ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি অফিস অফ সায়েন্সের জন্য Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি দ্বারা পরিচালিত ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি অফিস অফ সায়েন্স ইউজার সেন্টার।
Argonne ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি গার্হস্থ্য বিজ্ঞান এবং প্রযুক্তির চাপের সমস্যা সমাধানের জন্য প্রচেষ্টা করে। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের প্রথম জাতীয় পরীক্ষাগার হিসেবে, আর্গোন কার্যত প্রতিটি বৈজ্ঞানিক শাখায় অত্যাধুনিক মৌলিক এবং ফলিত গবেষণা পরিচালনা করে। Argonne গবেষকরা শত শত কোম্পানি, বিশ্ববিদ্যালয়, এবং ফেডারেল, রাজ্য এবং পৌর সংস্থার গবেষকদের সাথে ঘনিষ্ঠভাবে কাজ করে তাদের নির্দিষ্ট সমস্যা সমাধানে, মার্কিন বৈজ্ঞানিক নেতৃত্বকে এগিয়ে নিতে এবং জাতিকে উন্নত ভবিষ্যতের জন্য প্রস্তুত করতে সাহায্য করে। Argonne 60 টিরও বেশি দেশ থেকে কর্মচারী নিয়োগ করে এবং UChicago Argonne, US ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি অফিস অফ সায়েন্স এর এলএলসি দ্বারা পরিচালিত হয়।
ইউএস ডিপার্টমেন্ট অফ এনার্জি-এর অফিস অফ সায়েন্স হল ভৌত বিজ্ঞানে মৌলিক গবেষণার দেশের সবচেয়ে বড় প্রবক্তা, আমাদের সময়ের সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ কিছু সমস্যার সমাধান করার জন্য কাজ করে৷ আরও তথ্যের জন্য, https://​energy​.gov/​science​ience দেখুন।