پیشرفت فناوری دوقلوی دیجیتال در تجزیه و تحلیل ویژگی های باتری در فضای مجازی

6 جولای 2023DGIST -موسسه علم و فناوری Daegu Gyeongbuk-اعتبار: CC0 دامنه عمومی

یک تیم تحقیقاتی مشترک به رهبری پروفسور لی یونگمین از دپارتمان مهندسی انرژی در DGIST و پروفسور کیم سونگسو از دانشگاه ملی چونگنام، با توسعه فناوری تشخیص تخریب الکترود باتری جدید، از پیشرفت قابل توجهی در فناوری باتری خبر دادند.

این رویکرد پیشگام ترکیبی از یک مدل چند موردی سطح ذره از مواد فعال با نیکل بالا با فناوری دوقلو دیجیتالی پیشرفته است. هدف این نوآوری شناسایی علل ریشه ای کاهش عملکرد در ذرات باتری و ارائه طرح های بهینه ذرات از طریق تجزیه و تحلیل دقیق خواص الکتروشیمیایی و مکانیکی آنها است.

باتری‌های لیتیوم یون در دستگاه‌های روزمره، از جمله در گوشی‌های هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی، ضروری شده‌اند. با این حال، چالش‌های پایدار مانند ایمنی آتش‌سوزی و پدیده‌های تخریب، محدودیت‌هایی در طول عمر و کارایی آنها ایجاد می‌کند.

برای مقابله با این چالش‌ها، یک تیم تحقیقاتی به رهبری پروفسور لی یونگمین و پروفسور کیم سونگسو، با بررسی عملکرد باتری و پیش‌بینی تغییرات، بهینه‌سازی طراحی باتری را در نظر گرفتند. کار آنها منجر به توسعه یک مدل پیچیده با استفاده از “فناوری دوقلو دیجیتال” شد. این مدل با تکرار آرایش ذرات پیچیده موجود در باتری های واقعی در یک محیط مجازی، ساختار داخلی را به دقت تشخیص می دهد.

مدل این تیم در جداسازی و بررسی دقیق ذرات متعدد به اندازه میکرومتری موجود در الکترود برتری دارد و به طور موثر عوامل خارجی را که بر عملکرد باتری تأثیر می‌گذارند حذف می‌کند. در نتیجه، تشخیص ویژگی‌های منحصربه‌فرد مواد فعال مسئول تولید انرژی الکتریکی، امکان اندازه‌گیری بسیار دقیق را ممکن می‌سازد.

تیم تحقیقاتی انتظار دارد که این یافته ها راه را برای پیشنهاد طرح های بهینه ذرات هموار کند. این مقاله در مجله Advanced Energy Materials منتشر شده است.

علاوه بر این، برای اطمینان از نتایج دقیق پیش‌بینی الکتروشیمیایی و مکانیکی، تیم تحقیقاتی با دانشگاه ملی چونگنام و دانشگاه متروپولیتن توکیو برای انجام آزمایش‌های «اندازه‌گیری تک ذره» همکاری کردند. این آزمایش ها اندازه گیری دقیق خواص الکتروشیمیایی را امکان پذیر کرد. علاوه بر این، این تیم با استفاده از فناوری پیشرفته “Nano Indenter” موسسه فناوری الکترونیک کره، خواص مکانیکی تک ذرات را نشان داد.

پروفسور لی بر اهمیت فناوری توسعه یافته دیجیتال دوقلو تاکید کرد و اظهار داشت: “ما از طریق این تحقیق به ساختارهایی در دوقلوهای دیجیتال دست یافتیم که شباهت زیادی به ذرات واقعی دارند و تغییرات حجمی را در حین کار باتری به طور دقیق پیش بینی می کنند. این فناوری نه تنها تشخیص الکترود را امکان پذیر می کند. تخریب ذرات، اما همچنین فرصت هایی را برای بهینه سازی طرح ها برای غلبه بر چنین چالش هایی ارائه می دهد.”