מוליך ליתיום יון חדש התגלה – החומר החדש יכול להטעין סוללות לרכב חשמלי

חוקרים מאוניברסיטת ליברפול זיהו חומר מוצק חדש המסוגל להוביל במהירות יוני ליתיום.

אתגר מרכזי בתחום מדעי החומרים כרוך בפיתוח וזיהוי חומרים חדשים התורמים להשגת יעדים גלובליים, כולל החתירה ל-Net Zero.

במאמר שפורסם בכתב העת מַדָע, חוקרים מאוניברסיטת ליברפול גילו חומר מוצק המוליך במהירות יוני ליתיום. אלקטרוליטים מסוג ליתיום הם מרכיבים חיוניים בסוללות הנטענות המניעות כלי רכב חשמליים ומכשירים אלקטרוניים רבים.

החומר החדש מורכב מאלמנטים לא רעילים בשפע אדמה, והחומר החדש בעל מוליכות Li ion גבוהה מספיק כדי להחליף את האלקטרוליטים הנוזלים בטכנולוגיית סוללת Li ion הנוכחית, ומשפרת את הבטיחות ואת קיבולת האנרגיה.

באמצעות גישה מדעית טרנספורמטיבית לעיצוב החומר, צוות המחקר הבינתחומי מהאוניברסיטה סינתזה את החומר במעבדה, קבע את המבנה שלו (סידור האטומים בחלל), והדגים אותו בתא סוללה.

התפקיד של AI ומחקר שיתופי

החומר החדש הוא אחד ממספר קטן מאוד של חומרים מוצקים המשיגים מוליכות Li ion גבוהה מספיק כדי להחליף אלקטרוליטים נוזליים, ופועל בצורה חדשה בגלל המבנה שלו.

גילויו הושג באמצעות זרימת עבודה חישובית וניסויית שיתופית שהשתמשה בחישובים מבוססי בינה מלאכותית ופיזיקה כדי לתמוך בהחלטות שהתקבלו על ידי מומחי כימיה באוניברסיטה.

החומר החדש מספק פלטפורמה לאופטימיזציה של הכימיה כדי לשפר עוד יותר את תכונות החומר עצמו, ולזהות חומרים אחרים על סמך ההבנה החדשה שמספק המחקר.

השפעה וכיוונים עתידיים

פרופסור מאט רוסינסקי, מהמחלקה לכימיה של אוניברסיטת ליברפול, אמר: "מחקר זה מדגים את התכנון והגילוי של חומר שהוא גם חדש וגם פונקציונלי. המבנה של החומר הזה משנה את ההבנה הקודמת של איך נראה אלקטרוליט מוצק בעל ביצועים גבוהים.

"באופן ספציפי, מוצקים עם הרבה סביבות שונות עבור היונים הניידים יכולים לתפקד טוב מאוד, לא רק המספר הקטן של מוצקים שבהם יש טווח צר מאוד של סביבות יוניות. זה פותח באופן דרמטי את החלל הכימי הזמין לגילויים נוספים.

דיווחים אחרונים וסיקור תקשורתי מבשרים על השימוש בכלי בינה מלאכותית כדי למצוא חומרים שעלולים להיות חדשים. במקרים אלה, כלי הבינה המלאכותית פועלים באופן עצמאי ולכן צפויים ליצור מחדש את מה שהם אומנו עליו בדרכים שונות, וליצור חומרים שעשויים להיות דומים מאוד לאלה המוכרים.

"מאמר מחקר זה מראה שבינה מלאכותית ומחשבים שנקבעו על ידי מומחים יכולים להתמודד עם הבעיה המורכבת של גילוי חומרים בעולם האמיתי, שבו אנו מחפשים הבדלים משמעותיים בהרכב ובמבנה שהשפעתם על המאפיינים מוערכת על סמך הבנה."

"גישת העיצוב המשבשת שלנו מציעה מסלול חדש לגילוי של חומרים בעלי ביצועים גבוהים אלה ואחרים המסתמכים על התנועה המהירה של יונים במוצקים."

המחקר שנערך היה מאמץ משולב בין חוקרים במחלקה לכימיה של אוניברסיטת ליברפול, במפעל לחדשנות חומרים, במרכז המחקר של לבורהולמה לעיצוב חומרים פונקציונליים, במכון סטפנסון לאנרגיה מתחדשת, במרכז אלברט קרו ובית הספר להנדסה.

העבודה מומנה על ידי מועצת המחקר להנדסה ומדעי הפיזיקה (EPSRC), קרן לבורהולמה ומוסד פאראדיי.