یک کشف انقلابی برای افزایش سرعت شارژ باتری

باتری‌های لیتیوم-یونی ستون فقرات فناوری‌های انرژی مدرن هستند که برای تأمین انرژی تلفن‌های هوشمند، لپ‌تاپ‌ها و خودرو‌های الکتریکی استفاده می‌شوند. این باتری‌ها به حرکت ذرات کوچکی به نام یون‌های لیتیوم به داخل و خارج الکترود‌های جامد متکی هستند، فرآیندی که هزاران بار در طول عمر باتری تکرار می‌شود. سرعت این تعامل تعیین می‌کند که باتری با چه سرعتی شارژ می‌شود و چه مقدار انرژی می‌تواند ذخیره کند.

با وجود دهه‌ها توسعه، بهبود عملکرد این باتری‌ها تا حد زیادی به آزمون و خطا متکی بوده است. نظریه‌های سنتی – که قدمت آنها به بیش از یک قرن می‌رسد – نتوانسته‌اند عملکرد متفاوت مواد مورد استفاده در باتری‌ها را توضیح دهند.

اما تیم MIT فاش کرد که کلید واقعی در مکانیسمی به نام “انتقال یون-الکترون جفت‌شده” نهفته است که در آن یون‌های لیتیوم فقط زمانی که با الکترون‌ها همراه می‌شوند، به طور مؤثر به سمت الکترود حرکت می‌کنند و نتایج متفاوتی را که قبلاً توسط محققان مشاهده شده بود، توضیح می‌دهد.

مارتین بازانت، استاد ریاضیات در دانشگاه MIT، گفت: «ما امیدواریم که این کشف باعث تسریع و کنترل دقیق‌تر واکنش‌ها شود و به شارژ و دشارژ سریع‌تر کمک کند.»

محققان برای اثبات نظریه خود، سرعت واکنش را در بیش از ۵۰ ماده مختلف، از جمله مواد مورد استفاده در تلفن‌های هوشمند و خودرو‌های برقی، اندازه‌گیری کردند. آنها کشف کردند که مدل مرسوم، سرعت فرآیند را بیش از حد تخمین زده است، در حالی که نظریه جدید توضیح دقیق‌تری مطابق با داده‌های دنیای واقعی ارائه می‌دهد.

این تیم همچنین دریافت که اصلاح الکترولیت مایع درون باتری – مانند تغییر برخی از ترکیبات شیمیایی آن – می‌تواند سرعت شارژ را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و خوردگی را که عمر باتری را محدود می‌کند، کاهش دهد.

بازانت تأکید کرد که این یافته‌ها می‌تواند چارچوب نظری روشنی را برای طراحی باتری‌ها بر اساس درک علمی، به جای آزمایش‌های پرهزینه، در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد.

پروفسور یانگ شاهورن توضیح داد که این کار «سال‌ها نتایج متناقض را در یک مدل واحد و جامع متحد می‌کند.»

این مطالعه در مجله Science منتشر شد.

منبع: باشگاه خبرنگاران جوان