مرگ روش‌های آزمون و خطا در صنعت باتری! باتری‌های لیتیوم-یون؛ شریان حیاتی دنیای مدرن، از تلفن‌های هوشمند تا خودروهای الکتریکی (EV)، همگی بر حرکت ظریف یون‌های کوچک لیتیوم بین الکترودهای جامد متکی هستند. فرآیندی حیاتی که سرعت و ظرفیت ذخیره انرژی باتری را تعیین می‌کند و هزاران بار در طول عمر یک باتری تکرار می‌شود. […]
مرگ روش‌های آزمون و خطا در صنعت باتری!
باتری‌های لیتیوم-یون؛ شریان حیاتی دنیای مدرن، از تلفن‌های هوشمند تا خودروهای الکتریکی (EV)، همگی بر حرکت ظریف یون‌های کوچک لیتیوم بین الکترودهای جامد متکی هستند. فرآیندی حیاتی که سرعت و ظرفیت ذخیره انرژی باتری را تعیین می‌کند و هزاران بار در طول عمر یک باتری تکرار می‌شود. با این حال، با وجود دهه‌ها تلاش برای بهبود این فناوری، پیشرفت‌ها اغلب به شیوه‌های آزمون و خطای پرهزینه محدود شده بود، چرا که نظریه‌های سنتی و قدیمی‌تر از یک قرن، قادر به توضیح عملکرد نامنظم مواد مختلف نبودند.
کشف بزرگ MIT: رمزگشایی از حرکت یون‌ها
حالا، تیمی از محققان MIT با انتشار یک یافته خیره‌کننده در مجله معتبر Science، اعلام کرده‌اند که کلید واقعی عملکرد باتری، در یک مکانیسم انقلابی نهفته است: «انتقال یون-الکترون جفت‌شده»!
پروفسور مارتین بازانت، استاد ریاضیات MIT، فاش کرد که یون‌های لیتیوم تنها زمانی که به طور “جفت‌شده” و همراه با الکترون‌ها به سمت الکترود حرکت می‌کنند، انتقال مؤثری دارند. این یافته، نه تنها نتایج متناقض و گیج‌کننده سال‌های اخیر را در یک مدل جامع متحد می‌کند، بلکه به طور قاطع توضیح می‌دهد که چرا سرعت واکنش مواد مختلف تا این حد متفاوت است.
بازانت تأکید کرد: «ما امیدواریم این کشف باعث تسریع و کنترل دقیق‌تر واکنش‌ها شود و به شارژ و دشارژ سریع‌تر باتری‌ها کمک کند. این دیگر حدس و گمان نیست؛ این یک چارچوب نظری روشن برای طراحی باتری‌ها بر اساس درک علمی و نه آزمایش‌های کورکورانه است.»
مدل قدیمی شکست خورد؛ مسیر شارژ ۱۰۰ درصدی هموار شد!
برای اثبات این نظریه جسورانه، محققان سرعت واکنش را در بیش از ۵۰ ماده مختلف که در باتری‌های روزمره به کار می‌روند، اندازه‌گیری کردند. نتیجه شگفت‌آور بود: مدل مرسوم سرعت فرآیند را به طرز چشمگیری بیش از حد تخمین زده بود! در حالی که نظریه جدید یون-الکترون جفت‌شده، یک توضیح کاملاً دقیق و منطبق با داده‌های دنیای واقعی ارائه داد.
این تیم همچنین متوجه شد که با اصلاح الکترولیت مایع درون باتری (تغییر ترکیبات شیمیایی)، می‌توان سرعت شارژ را به شکل قابل توجهی بهبود بخشید و مهم‌تر از آن، خوردگی را که دشمن اصلی عمر باتری است، کاهش داد.
به گفته پروفسور یانگ شاهورن، این پژوهش «سال‌ها نتایج متناقض را در یک مدل واحد و جامع متحد می‌کند.» این دستاورد نه تنها دریچه‌ای به سوی شارژ سریع‌تر و عمر طولانی‌تر باتری‌ها می‌گشاید، بلکه صنعت را از وابستگی به تولید پرهزینه و حدسی دور خواهد کرد.
