خب رفقا، بیاید یه سر بزنیم به یکی از داغ‌ترین اخبار دنیای تکنولوژی؛ MIT یعنی همون موسسه معروف فناوری ماساچوست، دوباره غوغا کرده و یه کشف جدید مهم در مورد باتری‌های لیتیوم-یونی داشته که حسابی آینده ماشین‌های برقی، لپ‌تاپ‌ها و گوشی‌هامونو بهتر می‌کنه.
تا الان فکر می‌کردیم که سرعت شارژ و دشارژ شدن باتری‌های لیتیوم-یونی بستگی به این داره که یون‌های لیتیوم چقدر راحت می‌تونن وارد بخش جامد باتری (که بهش الکترود میگن) بشن. این اتفاقو دانشمندا “intercalation” میگن؛ یعنی همون جاگیر شدن یون لیتیوم بین لایه‌های الکترود. ولی مشکل این بود که با اینکه کلی آزمایش کردن و مدل ریاضی قدیمی به اسم “معادله باتلر-فولمر” (Butler-Volmer Equation یعنی یه فرمول معروف شیمیدان‌ها برای پیش‌بینی سرعت واکنش‌های الکتروشیمیایی) رو روش اجرا کردن، هیچ وقت داده‌هاشون با اونچه که پیش‌بینی می‌شد یکی نبود!
تیم MIT یه مدل جدید ساختن به اسم مدل “انتقال یون-الکترون همزمان” یا CIET (Coupled Ion-Electron Transfer) که حسابی فرق داره با قبل. حالا داستان چیه؟ ایده‌ش اینه که برای اینکه یک یون لیتیوم بتونه بره توی الکترود، باید دقیقاً همزمان یک الکترون هم باهاش به الکترود منتقل بشه. یعنی تا وقتی یه الکترون نیومده، لیتیوم هم وارد نمی‌شه! این پروسه رو کنترل اصلی سرعت شارژ و تخلیه باتری دونستن.
یه توضیح کوچیک: “الکترولیت” در واقع همون ماده مایع یا ژله‌ایه که یون‌ها توش حرکت می‌کنن و بین دو قطب باتری رد و بدل میشن. “الکترود” هم بخشی از باتریه که این یون‌ها داخلش جا می‌گیرن.
جالب اینجاست که وقتی این مدل جدید رو با داده‌های واقعی از آزمایش‌ها روی بیش از ۵۰ مدل مختلف ترکیب الکترولیت و الکترود تست کردن (از جمله همین ترکیبات معروف مثل لیتیوم نیکل منگنز کبالت اکسید واسه ماشین‌های برقی، و لیتیوم کبالت اکسید واسه گجت‌هامون)، دیدن سرعت اون “اینترکلاسیون” یا ورود یون لیتیوم خیلی کندتر از چیزی بوده که تا الان فکر می‌کردیم و فقط با مدل CIET جور درمیاد.
همین باعث شد تحقیق MIT یه مسیر جدید باز کنه؛ یعنی اگه بتونیم فرآیند انتقال همزمان یون و الکترون رو تقویت کنیم، هم باتری‌هامون سریعتر شارژ میشن و هم دیرتر خراب میشن. مثلاً با دستکاری فرمول شیمیایی الکترولیت میشه این سرعت رو هندل کرد.
پروفسور مارتین بازانت (یکی از کله‌گنده‌های ریاضی و شیمی MIT) میگه: “امیدواریم که کارمون باعث بشه این مدل بتونه کنترل سرعت واکنش رو دقیق‌تر و سریعتر کنه و در نتیجه شارژ و تخلیه باتری خیلی تندتر انجام بشه.”
یه نکته باحال دیگه: قبلاً دانشمندا فکر می‌کردن که ورود لیتیوم به الکترود مهم‌ترین قدمه، ولی با تحقیق جدید مشخص شده قدم اصلی اینه که الکترون باید بیاد و ماده جامد میزبان لیتیوم رو «کاهش» بده. (توی شیمی، کاهش یعنی گرفتن الکترون توسط یه ماده)
بر اساس یافته‌های جدید MIT:
- میشه نسل بعدی باتری‌های لیتیوم-یونی رو طوری طراحی کرد که هم سریعتر شارژ بشن، هم بیشتر عمر کنن.
- با تغییر مواد داخل باتری (به خصوص الکترولیت)، کنترل مستقیم سرعت واکنش رو داریم.
- واکنش اینجوریه که یون لیتیوم و الکترون با هم وارد الکترود میشن و اینطوری انرژی لازم برای این کار کمتر میشه.
- این کشف باعث میشه side reactionها (یعنی واکنش‌های اضافی که باعث خراب شدن باتری میشن) کمتر پیش بیاد.
در کل نتایج این تحقیق، که در مجله Science چاپ شده، حسابی امیدبخشه برای اینکه آینده خودروهای برقی و گجت‌هامون نه فقط با شارژ سریعتر، بلکه با عمر خیلی بالاتر مواجه بشه. خلاصه، MIT نشون داد انگار معادله اصلی باتری‌ها رو پیدا کردن و می‌تونن بازی رو عوض کنن!
حالا اگه دیدین یه روز ماشین یا موبایلتون تو چند دقیقه شارژ کامل شد، بدونین دستپخت همین دانشمندای MIT بوده. 😉
منبع: +
