نظرًا لأن بطاريات الليثيوم أيون أصبحت جزءًا في كل مكان من حياتنا من خلال استخدامها في الإلكترونيات الاستهلاكية والسيارات ومرافق تخزين الكهرباء، فقد عمل الباحثون على تحسين قوتها وكفاءتها وطول عمرها.
كما هو مفصل في بحث نُشر فيNature Materials ، أجرى العلماء في جامعة كاليفورنيا ، إيرفين ومختبر Brookhaven فحصًا تفصيليًا لكاثودات الطبقات ذات المحتوى العالي من النيكل، والتي تعتبر مكونات واعدة في بطاريات الجيل التالي.
مكّن الفحص المجهري الإلكتروني فائق الدقة جنبًا إلى جنب مع التعلم الآلي العميق الفريق بقيادة UCI من فك رموز التغييرات الدقيقة في واجهة المواد المحصورة معًا في بطاريات أيونات الليثيوم.
قال المؤلف المشارك Huolin Xin ، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك UCI:”نحن مهتمون بشكل خاص بالنيكل، حيث يمكن أن يساعدنا في التحول بعيدًا عن الكوبالت كمادة الكاثود”، “الكوبالت سام، لذلك من الخطر التعدين والتعامل معه، وغالبًا ما يتم استخراجه في ظل ظروف قمعية اجتماعية في أماكن مثل جمهورية الكونغو الديمقراطية.”
ولكن لكي يتحقق التغيير بالكامل، يحتاج مطورو البطاريات إلى معرفة ما يجري داخل الخلايا، حيث يتم تفريغها وإعادة شحنها بشكل متكرر، تم العثور على كثافة الطاقة العالية لبطاريات الليثيوم أيون ذات طبقات النيكل تسبب انهيارًا كيميائيًا وميكانيكيًا سريعًا للمواد المكونة لـ LIBs.
استخدم الفريق مجهرًا إلكترونيًا للإرسال ومحاكاة ذرية لمعرفة كيفية تأثير انتقالات مرحلة الأكسدة على مواد البطارية، مما يتسبب في حدوث عيوب في سطح موحد إلى حد ما.
وقال شين: “هذا المشروع، الذي اعتمد بشكل كبير على بعض من أقوى تقنيات الفحص المجهري في العالم وأساليب علم البيانات المتقدمة، يمهد الطريق لتحسين بطاريات الليثيوم أيون عالية المحتوى”، “إن معرفة كيفية عمل هذه البطاريات على المستوى الذري سيساعد المهندسين على تطوير LIBs مع طاقة ودورات حياة محسّنة بشكل كبير.”
