2021年6月4
领导的研究小组化学家在美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室研究了一个难以捉摸的财产在阴极材料,称为价梯度,了解其对电池性能的影响。欧洲杯足球竞彩
研究结果,发表在自然通讯,证明了价梯度可以作为稳定结构的一种新方法high-nickel-content阴极对退化和安全问题。
High-nickel-content阴极能注意到科学家的高容量,化学性质,动力电动汽车比当前的电池支持更长的距离。不幸的是,镍含量高也会导致这些阴极材料降解速度更快,并且产生了裂缝,在电池循环稳定性问题。欧洲杯足球竞彩
寻找解决这些结构性问题,科学家们合成材料由镍浓度梯度,在镍的浓度逐渐改变材料表面的中心,或散装。欧洲杯足球竞彩这些材料都表欧洲杯足球竞彩现出极大地增强了稳定性,但科学家一直未能确定浓度梯度独自负责改进。浓度梯度历来是离不开另一个效应称为价梯度,或逐步改变镍的氧化态的散装材料的表面。
在布鲁克海文实验室领导的新研究,化学家在能源部阿尔贡国家实验室合成一个独特的材料,孤立的价梯度浓度梯度。
“我们使用一个非常独特的材料,包括镍价没有镍浓度梯度,梯度”布鲁克海文国家实验室的化学家Ruoqian林说,这项研究的第一作者。“所有这三种过渡金属的浓度在阴极材料从表面大部分是相同的,但镍的氧化状态改变。我们获得这些属性通过控制材料的大气和煅烧时间在合成。有足够的煅烧时间、锰和氧之间的粘结强度越强促进氧气的运动到材料的核心,同时保持一个倪2 +氧化态镍的表面,形成梯度价。”
一旦化学家成功合成材料和一个孤立的价梯度,然后布鲁克海文国家实验室的研究人员研究了其性能使用两个能源部科学办公室用户设施布鲁克海文实验室——全国同步光源II (NSLS-II)和功能性纳米材料中心(CFN)。欧洲杯足球竞彩欧洲杯线上买球
ultrabright NSLS-II的x射线光源,团队利用两个尖端实验台,硬x射线Nanoprobe HXN beamline和x射线成像技术有限公司(FXI) beamline完整的字段。通过结合两beamlines的功能,研究人员能够可视化的量子结构和化学组成的样品在3 d电池操作多个周期。
“beamlines都领先世界的能力。你不能做这个研究其他地方。”领袖勇Chu表示成像和显微镜项目NSLS-II和铅HXN beamline科学家。“貌似是世界上最快的纳米级beamline;大概快十倍比其他竞争对手。HXN慢得多,但它是敏感得多——这是世界上最高的分辨率x射线成像beamline。”
HXN beamline科学家小菁黄补充说,“在HXN,我们经常在多峰性测量模式下运行,这意味着我们同时收集多个信号。在这项研究中,我们使用荧光信号和叙述植物学信号重建的三维模型样本在纳米尺度上。花期通道提供了元素分布,确认样品的成分和一致性。叙述植物学通道提供的高分辨率结构信息,揭示任何样品中微裂隙。”
与此同时在中国股市,“beamline表明价梯度存在于这种材料。因为我们进行帧成像数据采集率很高,我们可以学习许多地区和增加统计的可靠性研究,“林说。
在CFN电镜设施,研究人员使用一个先进的透射电子显微镜(TEM)和超高分辨率可视化样本。x射线研究相比,TEM只能探测样品的面积要小得多,因此减少统计可靠的整个样本,但反过来,更详细和视觉上直观的数据。
结合收集到的数据在所有不同的设施,研究人员能够确认价梯度电池性能中发挥了至关重要的作用。价梯度“藏”更多的电容性但不稳定的镍地区中心的材料,只暴露更多的结构良好的镍的表面。这一重要安排抑制裂缝的形成。
研究人员说,这项工作强调了积极的浓度梯度材料对电池性能的影响,同时提供一个新的、互补的方法来稳定high-nickel-content阴极材料价梯度。欧洲杯足球竞彩
“这些发现让我们对未来非常重要的指导新材料的合成和设计的阴极材料,我们将在我们的研究中,“欧洲杯足球竞彩林说。
本研究几所大学之间的合作和能源部实验室,包括研究团队参与能源部Battery500财团的,旨在使锂金属电池的能量密度每千克,500瓦特时的两倍多今天的先进的电池的能量密度。这项研究是由美国能源部的能源效率和可再生能源办公室,车辆技术办公室和美国能源部科学办公室。欧洲杯线上买球额外的x射线实验进行先进的光源(ALS)和先进的光子源(APS),两个美国能源部科学办公室用户设施位于美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和阿贡国家实验室,分别。欧洲杯线上买球操作在NSLS-II、CFN ALS, APS支持科学的办公室。欧洲杯线上买球
来源:https://www.bnl.gov/world/