كشف فريق بحثي من The University of Texas at Austin وNortheastern University وStanford University ومختبر Argonne الوطني عن سبب رئيسي لتدهور البطاريات القابلة للشحن. توضح الدراسة أن كل دورة شحن وتفريغ تسبب تمدّداً يليه انكماش للقطب، وهو تأثير يشبه التنفّس. هذا التحرك المتكرر يغيّر شكل مكونات القطب ويولد توتّراً ميكانيكياً يُعرف باسم «التدهور الكيميائي-الميكانيكي»، ما يقلّل أداء الخلايا ويقصّر عمرها.
وصف الباحثون نمطاً سمّوه «شلالات الإجهاد»، حيث يتجمع الضغط في بقعة ثم ينتقل إلى المناطق المجاورة. لم تتحرك كل الجسيمات بنفس الطريقة؛ بعضها تغيّر موضعه بسرعة بينما بقيت أخرى ثابتة، ما أنتج إجهاداً محلياً قد يؤدي إلى تشققات مع مرور الوقت.
استخدم الفريق تقنيات تصوير متقدمة أثناء العمل، مثل التصوير بالانتقال بالأشعة السينية (operando TXM) وطبقات الأشعة السينية ثلاثية الأبعاد، ورصدوا السلوك أول مرة في جهاز من مشروع آخر (سماعات أذن تجارية). تقترح الدراسة طرقاً لتقوية الأقطاب، ويخطط الباحثون لتطوير نماذج تفسيرية لهذه التفاعلات الكيميائية والميكانيكية.
كلمات صعبة
- تدهور — انخفاض تدريجي في جودة أو أداء شيءالتدهور
- القطب — جزء من البطارية يحمل الشحنة الكهربائية
- تمدد — زيادة حجم أو طول جزء من جسمتمدّداً
- انكماش — صغر حجم الجسم أو تقلصه بعد تمدد
- توتر — قوة داخل مادة تسبّب ضغطاً أو إجهاداًتوتّراً
- شلالات الإجهاد — نمط تجمع وتحرك الضغط في أجزاء المادة
- إجهاد — ضغط ميكانيكي يتجمع في مكان محددإجهاداً
- الجسيم — قطع صغيرة من مادة تشكل جزءاً من البنيةالجسيمات
- الأشعة السينية — نوع من الإشعاع المستخدم لتصوير داخل الأجسام
تلميح: مرّر المؤشر أو ركّز أو اضغط على الكلمات المظلَّلة داخل القصة لرؤية تعريفات سريعة أثناء القراءة أو الاستماع.
أسئلة للمناقشة
- لاحظ الباحثون السلوك في جهاز مثل سماعات أذن تجارية. كيف تعتقد أن تدهور الأقطاب قد يؤثر على أجهزة يومية صغيرة مثل هذه؟
- الدراسة تقترح طرقاً لتقوية الأقطاب. اذكر فكرة بسيطة قد تساعد في تقليل الإجهاد الميكانيكي داخل القطب.
- كيف يمكن لتقنيات التصوير المتقدمة أن تساعد الباحثين في تحسين عمر البطاريات؟
