وجدت الدراسة أن المفتاح لتحسين عمر البطارية: التفاعلات بين الجزيئات

ووفقا لتقارير وسائل الإعلام الأجنبية، وجد فنغ لين، الأستاذ المشارك في قسم الكيمياء في كلية العلوم بجامعة فرجينيا التقنية، وفريقه البحثي أن الاضمحلال المبكر للبطارية يبدو مدفوعا بخصائص جزيئات القطب الكهربائي الفردية، ولكن بعد عشرات الشحنات بعد التكرار، تصبح كيفية تناسب هذه الجزيئات معًا أكثر أهمية.

وقال لين: "تكشف هذه الدراسة أسرار كيفية تصميم وتصنيع أقطاب البطارية لعمر دورة البطارية الطويل". حاليًا، يعمل مختبر لين على إعادة تصميم أقطاب البطارية لإنشاء بنية إلكترودات سريعة الشحن ومنخفضة التكلفة وعمر أطول وصديقة للبيئة.

0
تعليق
يجمع
يحب
تكنولوجيا
وجدت الدراسة أن المفتاح لتحسين عمر البطارية: التفاعلات بين الجزيئات
GasgooLiu Liting5小时前
ووفقا لتقارير وسائل الإعلام الأجنبية، وجد فنغ لين، الأستاذ المشارك في قسم الكيمياء في كلية العلوم بجامعة فرجينيا التقنية، وفريقه البحثي أن الاضمحلال المبكر للبطارية يبدو مدفوعا بخصائص جزيئات القطب الكهربائي الفردية، ولكن بعد عشرات الشحنات بعد التكرار، تصبح كيفية تناسب تلك الجزيئات معًا أكثر أهمية.

وقال لين: "تكشف هذه الدراسة أسرار كيفية تصميم وتصنيع أقطاب البطارية لعمر دورة البطارية الطويل". حاليًا، يعمل مختبر لين على إعادة تصميم أقطاب البطارية لإنشاء بنية إلكترودات سريعة الشحن ومنخفضة التكلفة وعمر أطول وصديقة للبيئة.

مصدر الصورة: فنغ لين

وقال لين: "عندما تسمح بنية القطب الكهربائي لكل جسيم على حدة بالاستجابة بسرعة للإشارات الكهربائية، سيكون لدينا مجموعة أدوات رائعة لشحن البطاريات بسرعة". "نحن متحمسون لتمكيننا من فهم الجيل القادم من بطاريات الشحن السريع منخفضة التكلفة. "

تم إجراء البحث بالتعاون مع مختبر التسريع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وجامعة بوردو ومرفق الإشعاع السنكروتروني الأوروبي. Zhengrui Xu و Dong Ho، زملاء ما بعد الدكتوراه في مختبر لين، هم أيضًا مؤلفون مشاركين في الورقة، ويقودون تصنيع الأقطاب الكهربائية، وتصنيع البطاريات، وقياسات أداء البطارية، والمساعدة في تجارب الأشعة السينية وتحليل البيانات.

قال عالم SLAC، ييجين ليو، وهو زميل في مصدر ضوء إشعاع السنكروترون في جامعة ستانفورد (SSRL): "إن اللبنات الأساسية هي هذه الجسيمات التي تشكل أقطاب البطارية، ولكن عند توسيع نطاقها، تتفاعل هذه الجسيمات مع بعضها البعض". "إذا كنت ترغب في صنع بطاريات أفضل، فأنت بحاجة إلى معرفة كيفية تجميع الجزيئات معًا."

وكجزء من الدراسة، استخدم لين وليو وزملاؤهم تقنيات الرؤية الحاسوبية لدراسة كيفية تحلل الجسيمات الفردية التي تشكل أقطاب البطاريات القابلة لإعادة الشحن بمرور الوقت. الهدف هذه المرة ليس فقط دراسة الجزيئات الفردية، ولكن أيضًا الطرق التي تعمل بها معًا لإطالة عمر البطارية أو تقليله. الهدف النهائي هو تعلم طرق جديدة لإطالة عمر تصميمات البطاريات.

وكجزء من الدراسة، قام الفريق بدراسة كاثود البطارية باستخدام الأشعة السينية. واستخدموا التصوير المقطعي بالأشعة السينية لإعادة بناء صورة ثلاثية الأبعاد لكاثود البطارية بعد دورات شحن مختلفة. ثم قاموا بتقطيع هذه الصور ثلاثية الأبعاد إلى سلسلة من الشرائح ثنائية الأبعاد واستخدموا أساليب الرؤية الحاسوبية للتعرف على الجسيمات. بالإضافة إلى لين وليو، شملت الدراسة باحث ما بعد الدكتوراه في SSRL جيتشو لي، وأستاذ الهندسة الميكانيكية بجامعة بوردو كيجي تشاو، وطالب الدراسات العليا بجامعة بوردو نيخيل شارما.

حدد الباحثون في نهاية المطاف أكثر من 2000 جسيم فردي، ولم يحسبوا فقط خصائص الجسيمات الفردية مثل الحجم والشكل وخشونة السطح، ولكن أيضًا ميزات مثل عدد المرات التي كانت فيها الجسيمات على اتصال مباشر مع بعضها البعض ومدى تغير شكل الجسيمات.

بعد ذلك، نظروا في كيفية تسبب كل خاصية في تحلل الجسيمات، ووجدوا أنه بعد 10 دورات شحن، كانت أكبر العوامل هي خصائص الجسيمات الفردية، بما في ذلك مدى كروية الجسيمات ونسبة حجم الجسيمات إلى مساحة السطح. ومع ذلك، بعد 50 دورة، أدت خصائص الاقتران والمجموعة إلى تحلل الجسيمات، مثل مدى تباعد الجسيمين، ومدى تغير الشكل، وما إذا كانت الجسيمات الأكثر استطالة على شكل كرة القدم لها اتجاهات مماثلة.

وقال ليو: "السبب لم يعد الجسيم نفسه فحسب، بل التفاعل بين الجسيم والجسيم". هذه النتيجة مهمة لأنها تعني أن الشركات المصنعة يمكنها تطوير تقنيات للتحكم في هذه الخصائص. على سبيل المثال، قد يكونون قادرين على استخدام المجالات المغناطيسية أو الكهربائية لمحاذاة الجزيئات الممدودة مع بعضها البعض، وتشير أحدث النتائج إلى أن هذا سيطيل عمر البطارية.

وأضاف لين: "لقد أجرينا بحثًا مكثفًا حول كيفية جعل بطاريات السيارات الكهربائية تعمل بكفاءة في ظل ظروف الشحن السريع ودرجات الحرارة المنخفضة. بالإضافة إلى تصميم مواد جديدة يمكن أن تقلل من تكاليف البطارية باستخدام مواد خام أرخص وأكثر وفرة، كان مختبرنا أيضًا يبذل جهدًا مستمرًا لفهم سلوك البطارية بعيدًا عن التوازن. لقد بدأنا بدراسة مواد البطاريات واستجابتها للبيئات القاسية.