اكتشف الباحثون في جامعة ليفربول مادة صلبة جديدة قادرة على توصيل أيونات الليثيوم بسرعة.
يتمثل أحد التحديات الرئيسية في مجال علم المواد في تطوير وتحديد مواد جديدة تساهم في تحقيق الأهداف العالمية، بما في ذلك السعي لتحقيق صافي الصفر.
تفاصيل الاكتشاف
قام فريق من جامعة ليفربول بتطوير موصل أيون الليثيوم الصلب الجديد الذي يمكن أن يحل محل الشوارد السائلة في البطاريات، مما يعزز السلامة والكفاءة.
ويمهد هذا الاكتشاف، الذي تم تسهيله بواسطة الذكاء الاصطناعي والتعاون متعدد التخصصات، الطريق لمزيد من التقدم في حلول تخزين الطاقة المستدامة، على ما أفاد موقع scitechdaily.
وفي ورقة بحثية نشرت في مجلة Science، اكتشف الباحثون مادة صلبة تقوم بتوصيل أيونات الليثيوم بسرعة، فيما تعتبر إلكتروليتات الليثيوم هذه مكونات أساسية في البطاريات القابلة لإعادة الشحن التي تشغل المركبات الكهربائية والعديد من الأجهزة الإلكترونية.
وتتكون المادة الجديدة من عناصر غير سامة وفيرة بالأرض، وتتميز بقدرة عالية على توصيل أيونات الليثيوم لتحل محل الشوارد السائلة في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم أيون الحالية، مما يحسن السلامة وقدرة الطاقة.
وباستخدام نهج علمي تحويلي لتصميم المادة، قام فريق بحث متعدد التخصصات من الجامعة بتركيب المادة في المختبر، وتحديد بنيتها (ترتيب الذرات في الفضاء)، وعرضها في خلية بطارية.
دور الذكاء الاصطناعي
المادة الجديدة هي واحدة من عدد صغير جدًا من المواد الصلبة التي تحقق موصلية أيون الليثيوم عالية بما يكفي لتحل محل الشوارد السائلة، وتعمل بطريقة جديدة بسبب بنيتها. وتم تحقيق اكتشافها من خلال سير عمل حسابي وتجريبي تعاوني استخدم الذكاء الاصطناعي والحسابات القائمة على الفيزياء لدعم القرارات التي اتخذها خبراء الكيمياء في الجامعة.
وتوفر المادة الجديدة منصة لتحسين الكيمياء لزيادة تعزيز خصائص المادة نفسها، وتحديد المواد الأخرى بناءً على الفهم الجديد الذي قدمته الدراسة.
التأثير والاتجاهات المستقبلية
وقال البروفيسور مات روسينسكي، من قسم الكيمياء بجامعة ليفربول: “يوضح هذا البحث تصميم واكتشاف مادة جديدة وعملية على حد سواء. يغير هيكل هذه المادة الفهم السابق لما يبدو عليه المنحل بالكهرباء ذو الحالة الصلبة عالي الأداء”.
وأضاف: “على وجه التحديد، يمكن للمواد الصلبة التي تحتوي على العديد من البيئات المختلفة للأيونات المتنقلة أن تؤدي أداءً جيدًا للغاية، وليس فقط العدد الصغير من المواد الصلبة التي يوجد بها نطاق ضيق جدًا من البيئات الأيونية. وهذا يفتح بشكل كبير المجال الكيميائي المتاح لمزيد من الاكتشافات”.
وتبشر التقارير الأخيرة والتغطية الإعلامية باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي للعثور على مواد جديدة محتملة. في هذه الحالات، تعمل أدوات الذكاء الاصطناعي بشكل مستقل، وبالتالي من المرجح أن تعيد إنشاء ما تم تدريبها عليه بطرق مختلفة، وتوليد مواد قد تكون مشابهة جدًا للمواد المعروفة.
وتُظهر هذه الورقة البحثية أن الذكاء الاصطناعي وأجهزة الكمبيوتر التي ينظمها الخبراء يمكنها معالجة المشكلة المعقدة المتمثلة في اكتشاف المواد في العالم الحقيقي، حيث يبحث الخبراء إلى اختلافات ذات معنى في التركيب والبنية التي يتم تقييم تأثيرها على الخصائص بناءً على الفهم.
وذكر البروفيسور مات روسينسكي: “يقدم نهج التصميم المبتكر لدينا طريقًا جديدًا لاكتشاف هذه المواد وغيرها من المواد عالية الأداء التي تعتمد على الحركة السريعة للأيونات في المواد الصلبة”.
اقرأ أيضاً: