خبر کامل
کشف دلیل اصلی فرسودگی و ترک‌خوردگی باتری‌های لیتیوم یون نسل جدید
پژوهشگران دانشگاه شیکاگو و آزمایشگاه ملی آرگون با شناسایی دلیل اصلی ترک‌خوردگی و فرسودگی باتری‌های لیتیوم یون نسل جدید، گامی مهم در جهت افزایش دوام، ایمنی و کارایی این منبع حیاتی انرژی برداشتند. این مشکل که با کاهش ظرفیت، کوتاه شدن عمر مفید و در موارد نادری منجر به خطرات ایمنی مانند آتش‌سوزی می‌شود، اکنون با کشف یک مکانیزم مکانیکی نادیده گرفته شده قابل حل است.
کشف مکانیزم پنهان شکست در کاتدهای تک‌بلوری
مطالعه‌ای که نتایج آن در نشریه معتبر Nature Nanotechnology منتشر شده، نشان می‌دهد که مواد کاتد تک‌بلوری (single crystal cathodes) که با هدف جلوگیری از شکست‌های شناخته‌شده طراحی شده بودند، به دلیل یک مکانیزم مکانیکی تازه‌ای که پیش از این نادیده گرفته شده بود، دچار ترک‌خوردگی می‌شوند.
این مکانیزم جدید با نحوه واکنش‌های داخلی ذرات منفرد مرتبط است و محققان دریافته‌اند که فشارهای مکانیکی بسیار کوچک می‌توانند در طول زمان باعث ایجاد ترک‌خوردگی و در نهایت فرسودگی باتری شوند.
خلیل امین، استاد مشترک دانشگاه شیکاگو و محقق برجسته آزمایشگاه آرگون، تاکید کرد: «الکترونیزه شدن جامعه به مشارکت همگان نیاز دارد. اگر مردم به ایمنی و دوام باتری‌ها اعتماد نکنند، تمایلی به استفاده از آنها نخواهند داشت.»
تفاوت بنیادین مواد چندبلوری و تک‌بلوری
باتری‌های سنتی لیتیوم یون از مواد Ni rich چندبلوری (PC NMC) در کاتد خود استفاده می‌کردند که مدت‌هاست با مشکل ترک‌خوردگی مواجه هستند. برای رفع این چالش، محققان اخیراً به استفاده از مواد لایه‌ای Ni rich تک‌بلوری (SC NMC) روی آورده بودند. با این حال، این مواد جدید نتوانستند بهبودهای مورد انتظار در دوام یا عملکرد را به طور مداوم ارائه دهند.
ژینگ وانگ، نویسنده اول این مطالعه، دلیل این مشکل را شناسایی کرد. محققان دریافتند که قواعد طراحی توسعه‌یافته برای کاتدهای چندبلوری، به اشتباه برای مواد تک‌بلوری اعمال شده‌اند، در حالی که رفتار این دو نوع ماده در شرایط عملیاتی کاملاً متفاوت است.
چالش هزینه و جستجو برای جایگزین کبالت
در ادامه این پژوهش، وانگ توضیح داد که عنصر کبالت برخلاف نیکل و منگنز، نقش مثبتی در افزایش دوام باتری‌ها ایفا می‌کند، اما متأسفانه قیمت بالاتری دارد. این موضوع، تیم تحقیقاتی را به سمت گام بعدی هدایت کرده است:
- یافتن موادی با هزینه کمتر.
- مواد جایگزین باید بتوانند همان مزایای دوام‌بخشی کبالت را ارائه دهند.
امین در این باره افزود: «پیشرفت‌ها به صورت چرخه‌ای اتفاق می‌افتند؛ یک مشکل را حل می‌کنید و سپس به سراغ بعدی می‌روید. یافته‌های این مطالعه همکاری‌محور می‌تواند به محققان آینده در آزمایشگاه آرگون، دانشگاه شیکاگو و دیگر مراکز کمک کند تا مواد ایمن‌تر و با عمر طولانی‌تر برای باتری‌های فردا تولید کنند.»
درباره هوش‌مصنوعی دست‌اول:
تمامی اخبار دست‌اول توسط دستیار هوش مصنوعی «هوشنگ» پردازش، صحت‌سنجی، خلاصه و بازنویسی شده است. هوشنگ هر روز با داده‌های جدید آموزش داده می‌شود و با نظارت دقیق انسانی و سردبیری دست‌اول در حال بهتر شدن است.
شما می‌توانید از چت‌بات و سایر ابزارهای هوشنگ به صورت رایگان استفاده کنید.
