نجح مجموعة من الباحثون في جامعة كاليفورنيا في سان دييجو، في تصميم طريقة جديدة وبسيطة لقياس أداء بطاريات الليثيوم المعدنية بدقة، ويعتمد ذلك على أداة تصوير مشتركة، وهي المجهر الإلكتروني الماسح، ويساعد هذا العمل في ابتكار بطاريات أكثر أماناً وأطول عمراً للسيارات الكهربائية، كما أنه يلعب دوراً هاماً في تخزين الطاقة على نطاق واسع.
التغلب على التحدي الحالي
ذكر موقع Interesting Engineering، أن العقبة الرئيسية أمام استخدام بطاريات الليثيوم المعدنية على نطاق أوسع هي مشكلة «مورفولوجيا الليثيوم»، وكيف يترسب الليثيوم على الأقطاب الكهربائية أثناء شحن البطارية وتفريغها.
رواسب الليثيوم تؤدي إلى قصر دائرة البطارية
الأكثر قراءة
ومع ذلك، قد تؤدي رواسب الليثيوم غير المتساوية إلى تكوين نتوءات خطيرة تسمى التغصنات، ويمكنها اختراق فاصل البطارية، مما يؤدي إلى قصر دائرة البطارية وتعطلها، وهذا يمثل عائقاً رئيسياً أمام تطوير هذه البطاريات.
ما هو سبب وجود تناقضات بين المختبرات المختلفة؟
وقد أدت هذه الممارسة إلى وجود تناقضات بين المختبرات المختلفة، مما يجعل من الصعب مقارنة نتائج الأبحاث ويعيق التقدم التعاوني في هذا المجال.
قالت جيني نيكولاس، المؤلفة الأولى للدراسة التي نشرت في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences، الشهر الماضي، أن ما تحدده مجموعة بطارية واحدة على أنه موحد قد يختلف عن تعريف مجموعة أخرى.
ومن أجل حل هذه المشكلة، طوّر الفريق خوارزمية بسيطة وفعالة تأخذ صورة من أداة شائعة الاستخدام، وتحولها إلى قياس ملموس، يطلقون على هذه الخوارزمية اسم "مؤشر التشتت" (ID)، ويوفر المجهر الإلكتروني الماسح صوراً ثنائية الأبعاد مفصلة لسطح ثلاثي الأبعاد لقطب البطارية.
درجات الهوية بناءً على الأداء
وفي هذه التقنية، يبدأ الباحثون بأخذ صور المجهر الإلكتروني الماسح لقطب البطارية، ويقومون بتحويل هذه الصور إلى بكسلات بالأبيض والأسود، حيث تظهر البكسلات البيضاء رواسب الليثيوم النشطة .
وبعد ذلك تقوم خوارزمية بتقسيم الصورة إلى أقسام، وتحسب وحدات البكسل البيضاء في كل قسم، وتستخدم تلك البيانات لحساب مؤشر درجة التشتت.
إنشاء 2000 صورة بواسطة جهاز حاسب آلي
وتأكد فريق البحث أولاً من دقة طريقتهم، من خلال اختبارها على أكثر من 2000 صورة تم إنشاؤها بواسطة الحاسب الآلي، حيث تطابقت درجات الهوية المحسوبة مع البيانات المعروفة.
وأثبت الباحثون صحة طريقتهم ووجدوا أنه مع تدهور حالة البطاريات، زادت قدرتها على التعرف على العناصر.
ظهور علامات تشير إلى وجود مشكلة في البطاريات المتدهورة
وفي بطارية متدهورة، لاحظ الباحثون علامتين رئيسيتين للمشكلة، أولاً زيادة الطاقة اللازمة لترسيب الليثيوم، وثانياً لاحظوا ارتفاعات وانخفاضات ثابتة في درجة المعرف قبل فشل البطارية مباشرة، مما يشير إلى أن هذه التقلبات قد تكون علامة تحذير مبكرة للدوائر القصيرة.
