یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی (DOE) Argonne نیشنل لیبارٹری کے محققین کی لیتھیم آئن بیٹریوں کے میدان میں اہم دریافتوں کی ایک طویل تاریخ ہے۔ ان میں سے بہت سے نتائج بیٹری کیتھوڈ کے لیے ہیں، جسے NMC، نکل مینگنیج اور کوبالٹ آکسائیڈ کہتے ہیں۔ اس کیتھوڈ والی بیٹری اب شیورلیٹ بولٹ کو طاقت دیتی ہے۔
Argonne محققین نے NMC کیتھوڈس میں ایک اور پیش رفت حاصل کی ہے۔ ٹیم کا نیا چھوٹا کیتھوڈ پارٹیکل ڈھانچہ بیٹری کو زیادہ پائیدار اور محفوظ بنا سکتا ہے، بہت زیادہ وولٹیج پر کام کرنے کے قابل اور طویل سفری حدود فراہم کر سکتا ہے۔
"اب ہمارے پاس رہنمائی موجود ہے جسے بیٹری مینوفیکچررز ہائی پریشر، بارڈر لیس کیتھوڈ مواد بنانے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں،" خلیل امین، ارگون فیلو ایمریٹس۔
"موجودہ NMC کیتھوڈز ہائی وولٹیج کے کام کے لیے ایک بڑی رکاوٹ پیش کرتے ہیں،" اسسٹنٹ کیمسٹ Guiliang Xu نے کہا۔ چارج ڈسچارج سائیکلنگ کے ساتھ، کیتھوڈ ذرات میں دراڑیں بننے کی وجہ سے کارکردگی تیزی سے گرتی ہے۔ کئی دہائیوں سے بیٹری کے محققین ان دراڑوں کو ٹھیک کرنے کے طریقے تلاش کر رہے ہیں۔
ماضی میں ایک طریقہ بہت سے چھوٹے ذرات پر مشتمل چھوٹے کروی ذرات کا استعمال کرتا تھا۔ بڑے کروی ذرات پولی کرسٹل لائن ہوتے ہیں، مختلف سمتوں کے کرسٹل لائن ڈومینز کے ساتھ۔ نتیجے کے طور پر، ان کے پاس وہ چیز ہے جسے سائنسدان ذرات کے درمیان اناج کی حدود کہتے ہیں، جس کی وجہ سے ایک سائیکل کے دوران بیٹری ٹوٹ سکتی ہے۔ اس کو روکنے کے لیے، Xu اور Argonne کے ساتھیوں نے پہلے ہر ذرے کے گرد حفاظتی پولیمر کوٹنگ تیار کی تھی۔ یہ کوٹنگ بڑے کروی ذرات اور ان کے اندر چھوٹے ذرات کو گھیر لیتی ہے۔
اس قسم کے کریکنگ سے بچنے کا دوسرا طریقہ سنگل کرسٹل ذرات کا استعمال ہے۔ ان ذرات کی الیکٹران مائکروسکوپی نے ظاہر کیا کہ ان کی کوئی حد نہیں ہے۔
ٹیم کے لیے مسئلہ یہ تھا کہ کوٹڈ پولی کرسٹلز اور سنگل کرسٹل سے بنے کیتھوڈس سائیکلنگ کے دوران اب بھی پھٹے ہوئے ہیں۔ لہٰذا، انہوں نے امریکی محکمہ توانائی کے ارگون سائنس سینٹر میں ایڈوانسڈ فوٹون سورس (اے پی ایس) اور سینٹر فار نینو میٹریلز (سی این ایم) میں ان کیتھوڈ مواد کا وسیع تجزیہ کیا۔
پانچ APS بازو (11-BM، 20-BM، 2-ID-D، 11-ID-C اور 34-ID-E) پر مختلف ایکسرے تجزیے کیے گئے۔ یہ پتہ چلتا ہے کہ سائنسدانوں کے خیال میں ایک واحد کرسٹل تھا، جیسا کہ الیکٹران اور ایکس رے مائکروسکوپی کے ذریعہ دکھایا گیا ہے، اصل میں اندر ایک حد تھی. CNMs کی اسکیننگ اور ٹرانسمیشن الیکٹران مائکروسکوپی نے اس نتیجے کی تصدیق کی۔
ماہر طبیعیات وینجن لیو نے کہا کہ جب ہم نے ان ذرات کی سطحی شکل کو دیکھا تو وہ سنگل کرسٹل کی طرح نظر آئے۔ â�<“但是，当我们在APS 使用一种称为同步加速器X界隐藏在内部." â� <“但是 ， 当 在 使用 种 称为 同步 加速器 x 射线 显微镜 的技术 和和 当术和和边界 隐藏 在.""تاہم، جب ہم نے APS میں Synchrotron X-ray diffraction microscopy اور دیگر تکنیکوں کے نام سے ایک تکنیک کا استعمال کیا، تو ہمیں معلوم ہوا کہ حدود اندر چھپی ہوئی تھیں۔"
اہم بات یہ ہے کہ ٹیم نے بغیر کسی حد کے سنگل کرسٹل تیار کرنے کا ایک طریقہ تیار کیا ہے۔ اس سنگل کرسٹل کیتھوڈ کے ساتھ چھوٹے خلیوں کی بہت زیادہ وولٹیج پر جانچ کرنے سے فی یونٹ والیوم میں توانائی کے ذخیرہ میں 25 فیصد اضافہ ہوا اور 100 ٹیسٹ سائیکلوں سے زیادہ کارکردگی میں کوئی نقصان نہیں ہوا۔ اس کے برعکس، ملٹی انٹرفیس سنگل کرسٹل یا لیپت پولی کرسٹلز پر مشتمل NMC کیتھوڈس نے اسی زندگی میں 60% سے 88% کی صلاحیت میں کمی ظاہر کی۔
جوہری پیمانے کے حسابات کیتھوڈ کیپیسیٹینس میں کمی کے طریقہ کار کو ظاہر کرتے ہیں۔ سی این ایم کی ایک نانو سائنسدان ماریا چانگ کے مطابق، جب بیٹری چارج ہوتی ہے تو ان سے زیادہ دور کے علاقوں کے مقابلے میں حدود میں آکسیجن ایٹموں کے ضائع ہونے کا زیادہ امکان ہوتا ہے۔ آکسیجن کا یہ نقصان سیل سائیکل کے انحطاط کا باعث بنتا ہے۔
چان نے کہا، "ہمارے حساب سے پتہ چلتا ہے کہ کس طرح حد زیادہ دباؤ پر آکسیجن کے اخراج کا باعث بن سکتی ہے، جو کارکردگی کو کم کرنے کا باعث بن سکتی ہے۔"
حد کو ختم کرنا آکسیجن کے ارتقاء کو روکتا ہے، اس طرح کیتھوڈ کی حفاظت اور چکراتی استحکام کو بہتر بناتا ہے۔ اے پی ایس کے ساتھ آکسیجن کے ارتقاء کی پیمائش اور امریکی محکمہ توانائی کی لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری میں روشنی کا ایک جدید ذریعہ اس نتیجے کی تصدیق کرتا ہے۔
خلیل امین، ارگون فیلو ایمریٹس نے کہا، "اب ہمارے پاس رہنما خطوط ہیں جنہیں بیٹری بنانے والے کیتھوڈ مواد بنانے کے لیے استعمال کر سکتے ہیں جن کی کوئی حد نہیں ہے اور وہ زیادہ دباؤ پر کام کر سکتے ہیں۔" 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.”"ہدایات NMC کے علاوہ کیتھوڈ مواد پر لاگو ہونی چاہئیں۔"
اس تحقیق کے بارے میں ایک مضمون جریدے نیچر انرجی میں شائع ہوا۔ سو، امین، لیو اور چانگ کے علاوہ، ارگون کے مصنفین ژیانگ لیو، وینکاٹا سوریا چیتنیا کولورو، چن ژاؤ، ژن وی زو، یوزی لیو، لیانگ ینگ، امین ڈالی، یانگ رین، وینکیان سو، جنجنگ ڈینگ، انہوئی ہوانگ، چینگجن سن، تاؤ زو، منگ دو، اور زونگہائی چن۔ لارنس برکلے نیشنل لیبارٹری (وانلی یانگ، چنگٹیان لی، اور زینگ کنگ زو)، زیامین یونیورسٹی (جنگ-جنگ فین، لنگ ہوانگ اور شی-گینگ سن) اور سنگھوا یونیورسٹی (ڈونگ شینگ رین، ژوننگ فینگ اور منگاؤ اویانگ) کے سائنسدان۔
ارگون سینٹر فار نینو میٹریلز کے بارے میں سنٹر فار نینو میٹریلز، جو کہ امریکی محکمہ توانائی کے نینو ٹیکنالوجی کے پانچ تحقیقی مراکز میں سے ایک ہے، بین الضابطہ نانوسکل تحقیق کے لیے سب سے بڑا قومی صارف ادارہ ہے جسے یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کے آفس آف سائنس سے تعاون حاصل ہے۔ مل کر، NSRCs تکمیلی سہولیات کا ایک مجموعہ تشکیل دیتے ہیں جو محققین کو نانوسکل مواد کو گھڑنے، پروسیسنگ، خصوصیت سازی، اور ماڈلنگ کے لیے جدید ترین صلاحیتیں فراہم کرتے ہیں اور نیشنل نینو ٹیکنالوجی انیشی ایٹو کے تحت بنیادی ڈھانچے کی سب سے بڑی سرمایہ کاری کی نمائندگی کرتے ہیں۔ NSRC Argonne، Brookhaven، Lawrence Berkeley، Oak Ridge، Sandia، اور Los Alamos میں امریکی محکمہ توانائی کی قومی لیبارٹریز میں واقع ہے۔ NSRC DOE کے بارے میں مزید معلومات کے لیے، https://​science​.osti​.gov/​Us​er​-​F​​c​i​lit​​​ie​s​/ ​Us ایک نظر
ارگون نیشنل لیبارٹری میں امریکی محکمہ توانائی کا ایڈوانسڈ فوٹون سورس (اے پی ایس) دنیا کے سب سے زیادہ پیداواری ایکسرے ذرائع میں سے ایک ہے۔ APS میٹریل سائنس، کیمسٹری، کنڈینسڈ میٹر فزکس، لائف اینڈ انوائرمنٹل سائنسز، اور اپلائیڈ ریسرچ میں متنوع ریسرچ کمیونٹی کو اعلی شدت والے ایکس رے فراہم کرتا ہے۔ یہ ایکس رے مواد اور حیاتیاتی ڈھانچے، عناصر کی تقسیم، کیمیائی، مقناطیسی اور الیکٹرانک ریاستوں، اور تکنیکی طور پر اہم انجینئرنگ سسٹمز، بیٹریوں سے لے کر فیول انجیکٹر نوزلز تک، جو کہ ہماری قومی معیشت، ٹیکنالوجی کے لیے بہت اہم ہیں۔ . اور جسم صحت کی بنیاد ہے۔ ہر سال، 5,000 سے زیادہ محققین 2,000 سے زیادہ اشاعتوں کو شائع کرنے کے لیے APS کا استعمال کرتے ہیں جن میں اہم دریافتوں کی تفصیل ہوتی ہے اور کسی دوسرے ایکس رے ریسرچ سینٹر کے صارفین کے مقابلے میں زیادہ اہم حیاتیاتی پروٹین کے ڈھانچے کو حل کیا جاتا ہے۔ اے پی ایس کے سائنس دان اور انجینئرز جدید ٹیکنالوجیز کو نافذ کر رہے ہیں جو ایکسلریٹر اور روشنی کے ذرائع کی کارکردگی کو بہتر بنانے کی بنیاد ہیں۔ اس میں ان پٹ ڈیوائسز شامل ہیں جو محققین کے ذریعہ انتہائی روشن ایکس رے تیار کرتے ہیں، لینز جو ایکس رے کو چند نینو میٹر تک فوکس کرتے ہیں، ایسے آلات جو زیر مطالعہ نمونے کے ساتھ ایکس رے کے تعامل کے طریقے کو زیادہ سے زیادہ بناتے ہیں، اور APS کی دریافتوں کا مجموعہ اور انتظام تحقیق بہت بڑا ڈیٹا والیوم تیار کرتی ہے۔
اس مطالعے میں ایڈوانسڈ فوٹون سورس کے وسائل کا استعمال کیا گیا ہے، جو کہ امریکی محکمہ توانائی کے دفتر برائے سائنس صارف مرکز ہے جو کہ کنٹریکٹ نمبر DE-AC02-06CH11357 کے تحت یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی آفس آف سائنس کے لیے Argonne نیشنل لیبارٹری کے ذریعے چلایا جاتا ہے۔
ارگون نیشنل لیبارٹری گھریلو سائنس اور ٹیکنالوجی کے اہم مسائل کو حل کرنے کی کوشش کرتی ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں پہلی قومی تجربہ گاہ کے طور پر، Argonne عملی طور پر ہر سائنسی شعبے میں جدید ترین بنیادی اور لاگو تحقیق کا انعقاد کرتا ہے۔ Argonne محققین سینکڑوں کمپنیوں، یونیورسٹیوں، اور وفاقی، ریاستی اور میونسپل ایجنسیوں کے محققین کے ساتھ مل کر کام کرتے ہیں تاکہ مخصوص مسائل کو حل کرنے، امریکی سائنسی قیادت کو آگے بڑھانے، اور قوم کو بہتر مستقبل کے لیے تیار کرنے میں ان کی مدد کریں۔ Argonne 60 سے زیادہ ممالک کے ملازمین کو ملازمت دیتا ہے اور UChicago Argonne، LLC کے ذریعہ UChicago Argonne، US Department of Energy's Office of Science چلاتا ہے۔
یو ایس ڈیپارٹمنٹ آف انرجی کا آفس آف سائنس فزیکل سائنسز میں بنیادی تحقیق کا ملک کا سب سے بڑا حامی ہے، جو ہمارے وقت کے کچھ انتہائی اہم مسائل کو حل کرنے کے لیے کام کر رہا ہے۔ مزید معلومات کے لیے، https://​energy​.gov/​science​ience ملاحظہ کریں۔