محققان دانشگاه MIT امروز اعلام کردند که توانسته‌اند با مطالعه بیش از 50 ترکیب مختلف از الکترولیت‌ها و الکترودهای باتری، یک مدل ریاضی جدید را توسعه دهند که فرآیندهای الکتروشیمایی رخ داده در باتری‌ها را بسیار دقیق‌تر از مدل‌های کنونی توصیف می‌کند. این مدل ریاضی می‌تواند توسط شرکت‌های تولید کننده باتری مورد استفاده قرار بگیرد تا آن‌ها محصولاتی بهینه‌تر تولید کنند که دارای سرعت شارژ بیشتر و همچنین دوام بالاتری هستند.
اکثر شرکت‌های فعال در زمینه تولید باتری این روزها درگیر رقابت سنگینی با یکدیگر هستند تا محصولاتی تولید کنند که دارای سرعت شارژ بالاتری است و همچنین می‌تواند انرژی بیشتری را در خود ذخیره کند. دوام و کاهش سرعت فرسوده شدن باتری نیز یکی دیگر از این معیارهای رقابتی است. تا امروز، بیشتر پیشرفت‌ها در این حوزه از طریق آزمون و خطا به دست آمده بود، اما محققان به تازگی توانسته‌اند یک مدل ریاضی جدید طراحی کنند که با شواهد تجربی همخوانی بسیار بیشتری دارد و می‌تواند مهندسان را در مسیر درست برای توسعه نسل بعدی باتری‌ها هدایت کند.
براساس گزارش Pcgamer، اخیراً گروهی از محققات موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و متشکل از مهندسان، ریاضی‌دانان و دانشمندان علم مواد، فرآیندهای الکتروشیمیایی رخ داده در باتری‌های لیتیوم-یون را مورد تحلیل قرار داده‌اند. این فرآیند که درون‌یابی لیتیوم-یون یا Lithium-ion intercalation نامیده می‌شود بسیار پیچیده است و هر لحظه در باتری‌هایی که امروزه در ساعت‌ها، گوشی‌ها و بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی یافت می‌شود رخ می‌دهد.
زمانی که این باتری‌ها شارژ می‌شوند، یون‌های لیتیوم از محلول الکترولیت خارج شده و توسط یک منبع ولتاژ به داخل یک الکترود جامد رانده می‌شوند. این فرآیند طی سال‌ها به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته و طراحان باتری معمولاً برای پیش‌بینی رفتار سلول‌های لیتیوم-یونی از معادله‌ای معروف به عنوان باتلر-ولمر (Butler-Volmer) استفاده کرده‌اند.
این معادله که با عنوان BV نیز شناخته می‌شود به هیچ وجه کامل نیست و اختلاف زیادی بین خروجی‌های آن و آنچه در واقعیت رخ می‌دهد مشاهده می‌شود. این موضوع باعث شده است که مهندسان مجبور باشند برای رسیدن به نتایج مطلوب و طراحی باتری موردنظر خود به آزمون و خطا روی بیاورند. اما پژوهشگران MIT توانسته‌اند با بررسی بیش از 50 ترکیب مختلف از الکترولیت‌ها و الکترودها به مدل ریاضی جدیدی دست پیدا کنند که خیلی دقیق‌تر این فرآیند پیچیده را پیش‌بینی می‌کند.
این مدلی ریاضی بر اساس نظریه انتقال جفت‌یون -الکترون یا Coupled ion-electron Transfer Theory بدست آمده که واکنش الکتروشیمیایی موجود در باتری‌ها را بسیار دقیق‌تر از فرمول BV پیش‌بینی می‌کند. چون این مدل به واقعیت بسیار نزدیک است، شرکت‌های تولید کننده باتری می‌توانند از آن برای بهینه‌سازی طراحی‌ها و بهبود سرعت شارژ سلول‌ها و همچنین کاهش سرعت فرسایش آن‌ها استفاده کنند.
تجربه نشان داده است که بسیاری از تحقیقات تجربی معمولاً مدت‌ها طول می‌کشند تا به دست مصرف کننده برسند. این اتفاق معمولاً به این دلیل که فرآیند ساخت هنوز از نظر اقتصادی به صرفه نیست، یا اینکه کشف انجام شده تنها در شرایط بسیار محدود کار می‌کند رخ می‌دهد.
اما باید گفت کشف این فرمول جدید اتفاقی متفاوت است، زیرا هیچ کدام از این محدودیت‌ها در آن وجود ندارد و هم اکنون شرکت‌های تولید کننده باتری اجازه دارند طراحی‌های فعلی خود را براساس آن صورت دهند. این کار حتی به تغییر مسیر طراحی و تولید این باتری‌ها نیز منجر نخواهد شد. این مدل همچنین از طریق آزمایش‌های تکمیلی صورت گرفته توسط محققان MIT مورد بررسی و تایید قرار گرفته است. البته بدون شک دیگر محققان و طراحان باتری نیز پیش از پذیرش این نظریه باید تحقیقات بیشتری برای بررسی ادعاها انجام دهند.
به نظر می‌رسد بهترین بخش این تحقیق صورت گرفته این است که هر شرکت تولید باتری می‌تواند خیلی زود یافته‌های علمی آن را در مجموعه خود به کار بگیرد. شاید این موضوع به یک جهش کوانتومی در نرخ شارژ یا طول عمر باتری‌ها منجر نشود، اما مطمئناً بهبود عملکرد آن‌ها را به دنبال خواهد داشت.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت