أظهرت دراسة مشتركة لعلماء من The University of Texas at Austin وNortheastern University وStanford University ومختبر Argonne الوطني كيف يساهم التحرك الدوري لمكونات القطب في فقدان البطاريات لأدائها مع الزمن. كل دورة شحن وتفريغ تجعل القطب يتمدّد ثم ينكمش، ما يخلق توتّراً ميكانيكياً متراكماً أطلق عليه الباحثون اسم «التدهور الكيميائي-الميكانيكي». وسجل الفريق نمطاً مميزاً من الإجهاد سمّاه «شلالات الإجهاد»، حيث يتجمع الضغط في نقطة ثم ينتشر إلى مناطق مجاورة.
وصف ييجن ليو قائد الدراسة النتائج بقوله: «مع كل ‹نَفَسة› من البطارية توجد درجة من اللاقابلية للعكس. يتراكم هذا التأثير مع الزمن، مما يؤدي في النهاية إلى فشل الخلية.» كما أوضح جونر تشو كيف أن اختلاف حركة الجسيمات يولد إجهاداً مركزياً في أماكن معينة يمكن أن يسبب تشققات أو أضراراً أخرى.
رُصدت هذه الظواهر بتصوير متقدّم في الوقت الحقيقي أثناء الشحن والتفريغ، بما في ذلك التصوير بالنقل بالأشعة السينية أثناء العمل (operando transmission X-ray microscopy، TXM) وطبقات الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد (3D X-ray laminography). لوحظ السلوك أولاً في جهاز استُخدم في مشروع آخر، وهو سماعات أذن تجارية. تقترح الدراسة مسارات عملية لتحسين المتانة، مثل تصميم أقطاب تقاوم الإجهاد أو تطبيق ضغط متحكّم، ويخطط الباحثون لتطوير نماذج نظرية لتفسير التفاعلات المعقّدة داخل الأقطاب.
- شارك في العمل علماء من Sigray Inc. وSLAC National Accelerator Laboratory.
- مول البحث مكتب تقنيات المركبات في وزارة الطاقة الأمريكية.
كلمات صعبة
- التدهور الكيميائي-الميكانيكي — تدهور المواد بسبب تفاعل كيميائي وقوى ميكانيكية
- شلالات الإجهاد — نمط يتركّز فيه الضغط ثم ينتشر إلى المناطق
- تمدد — زيادة حجم أو طول جزء نتيجة قوةيتمدّد
- انكماش — انخفاض حجم أو طول الجزء عند حدوث ضغطينكمش
- الوقت الحقيقي — رصد أو قياس يحدث فورياً بدون تأخير
- متانة — قوة التحمل وطول عمر المادة أو الجهازالمتانة
- تشقّق — انقسام أو فُرْقات تظهر في مادة أو سطحتشققات
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- كيف يمكن أن يساعد تصميم أقطاب تقاوم الإجهاد في تقليل فشل الخلايا؟ اذكر سببين مستندين إلى نص المقال.
- ما التحديات العملية المتوقعة عند تطبيق ضغط متحكّم على بطاريات تجارية؟
- هل ترى فائدة في استخدام تقنيات تصوير متقدّم لفحص أجهزة استهلاكية أخرى؟ اشرح بإيجاز.
