تطوير بطاريات مغنيسيوم أكثر كفاءة باستخدام الذكاء الاصطناعي والمواد غير المتبلورة

تُعد بطاريات الليثيوم أيون المصدر الرئيسي للطاقة في معظم الأجهزة الإلكترونية، لكنها محدودة الكثافة الطاقية، أي لا تستطيع تخزين سوى قدر معين من الطاقة مقارنة بكتلتها أو حجمها.

في هذا السياق، يؤكد الدكتور ساي جوتام جوبالاكريشنان، أستاذ مساعد في قسم هندسة المواد بالمعهد الهندي للعلوم (IISc)، أن الحل يكمن في استكشاف تقنيات بديلة لتخزين الطاقة.

وفي دراسة جديدة، أظهر فريقه البحثي أن استخدام المواد غير المتبلورة كأقطاب موجبة (كاثودات) في بطاريات المغنيسيوم، مع الاستعانة بنماذج الذكاء الاصطناعي، يمكن أن يزيد بشكل كبير من سرعة انتقال الأيونات. ونُشرت نتائج الدراسة في دورية Small.

تتفوق بطاريات المغنيسيوم نظريًا على الليثيوم لأنها قادرة على تبادل إلكترونين لكل ذرة مغنيسيوم، مقابل إلكترون واحد فقط في ذرات الليثيوم، مما يعني مضاعفة كمية الطاقة المتاحة.

لكن العقبة الرئيسية أمام تسويقها تكمن في غياب مواد فعالة تصلح ككاثودات.

حتى الآن، ركز العلماء على المواد البلورية ذات البنية الذرية المنتظمة، إلا أن بطء حركة أيونات المغنيسيوم داخلها أعاق فعاليتها.

أما المواد غير المتبلورة، ذات البنية العشوائية، فقد أثبتت الدراسة أنها تسمح بانتقال الأيونات بسرعة أكبر بكثير.

وباستخدام مزيج من نظرية الكثافة الوظيفية (DFT) والمحاكاة الديناميكية الجزيئية (MD)، بعد تدريب نموذج تعلم آلي على البيانات الأولية، تمكن الفريق من بناء نموذج حاسوبي لمادة خام من خامس أكسيد الفاناديوم غير المتبلور.

وأظهرت النتائج تحسنًا بمقدار خمسة أضعاف لوغاريتمية في حركة أيونات المغنيسيوم مقارنة بالمواد البلورية التقليدية.

ويشير جوبالاكريشنان إلى أن هذا النهج “يفتح مسارًا جديدًا لتطوير مواد الأقطاب في البطاريات ويقربنا خطوة من تسويق بطاريات المغنيسيوم”.

غير أن الباحثين يحذرون من أن الاستقرار طويل الأمد للمواد غير المتبلورة لا يزال بحاجة إلى تحقق عملي في المختبرات. ويؤكد ديبساندار دي، المشارك في الدراسة: “الخلاصة أن هذه المواد تزيد من حركة الأيونات، لكننا بحاجة إلى التحقق التجريبي من النتائج”.