باتری های لیتیوم-یونی ستون فقرات فناوری های انرژی مدرن هستند که برای تأمین انرژی تلفن های هوشمند، لپ تاپ ها و خودرو های الکتریکی استفاده می شوند. این باتری ها به حرکت ذرات کوچکی به نام یون های لیتیوم به داخل و خارج الکترود های جامد متکی هستند، فرآیندی که هزاران بار در طول عمر باتری تکرار می شود. سرعت این تعامل تعیین می کند که باتری با چه سرعتی شارژ می شود و چه مقدار انرژی می تواند ذخیره کند.

به گزارش باشگاه خبرنگاران جوان، با وجود دهه ها توسعه، بهبود عملکرد این باتری ها تا حد زیادی به آزمون و خطا متکی بوده است. نظریه های سنتی - که قدمت آنها به بیش از یک قرن می رسد - نتوانسته اند عملکرد متفاوت مواد مورد استفاده در باتری ها را توضیح دهند.

اما تیم MIT فاش کرد که کلید واقعی در مکانیسمی به نام "انتقال یون-الکترون جفت شده" نهفته است که در آن یون های لیتیوم فقط زمانی که با الکترون ها همراه می شوند، به طور مؤثر به سمت الکترود حرکت می کنند و نتایج متفاوتی را که قبلاً توسط محققان مشاهده شده بود، توضیح می دهد.

مارتین بازانت، استاد ریاضیات در دانشگاه MIT، گفت: ما امیدواریم که این کشف باعث تسریع و کنترل دقیق تر واکنش ها شود و به شارژ و دشارژ سریع تر کمک کند.

محققان برای اثبات نظریه خود، سرعت واکنش را در بیش از 50 ماده مختلف، از جمله مواد مورد استفاده در تلفن های هوشمند و خودرو های برقی، اندازه گیری کردند. آنها کشف کردند که مدل مرسوم، سرعت فرآیند را بیش از حد تخمین زده است، در حالی که نظریه جدید توضیح دقیق تری مطابق با داده های دنیای واقعی ارائه می دهد.

این تیم همچنین دریافت که اصلاح الکترولیت مایع درون باتری - مانند تغییر برخی از ترکیبات شیمیایی آن - می تواند سرعت شارژ را به طور قابل توجهی بهبود بخشد و خوردگی را که عمر باتری را محدود می کند، کاهش دهد.

بازانت تأکید کرد که این یافته ها می تواند چارچوب نظری روشنی را برای طراحی باتری ها بر اساس درک علمی، به جای آزمایش های پرهزینه، در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد.

پروفسور یانگ شاهورن توضیح داد که این کار سال ها نتایج متناقض را در یک مدل واحد و جامع متحد می کند.

این مطالعه در مجله Science منتشر شد.