มหาวิทยาลัย Surrey ในสหราชอาณาจักรพัฒนาวัสดุแบตเตอรี่โซเดียมไอออน 28 ชนิดเพื่อเพิ่มความเร็วในการชาร์จและอายุการใช้งาน

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Surrey ได้พัฒนาฐานข้อมูลที่ประกอบด้วยวัสดุ 28 ชนิด เพื่อช่วยในการระบุผู้สมัครวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับแบตเตอรี่โซเดียมไอออน ฐานข้อมูลนี้ช่วยในการค้นหาวัสดุทดแทนเพื่อใช้แทนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนแบบดั้งเดิม เนื่องจากทรัพยากรลิเธียมมีความขาดแคลนและกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ ดร.แดเนียล คอมมานดูร์ อาจารย์จากวิทยาลัยเคมีและวิศวกรรมเคมีของมหาวิทยาลัย Surrey และผู้เขียนสื่อสารของการวิจัยกล่าวว่า "เราขึ้นอยู่กับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนอย่างมาก แต่ทรัพยากรลิเธียมมีความขาดแคลนและกระจายตัวไม่สม่ำเสมอทั่วโลก" เขาชี้ให้เห็นว่าแบตเตอรี่โซเดียมไอออนกำลังกลายเป็นเทคโนโลยีทดแทนที่เชื่อถือได้ แต่ยังจำเป็นต้องมีการวิเคราะห์เพิ่มเติมเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพในวงจรการชาร์จซ้ำและความสามารถในการเก็บพลังงาน

เขาเสริมว่า "ความอุดมสมบูรณ์ของโซเดียมทำให้แบตเตอรี่โซเดียมไอออนกลายเป็นการพัฒนาทางเทคโนโลยีที่สำคัญ"

ศักยภาพของแบตเตอรี่โซเดียมไอออน

ทีมวิจัยสำรวจวิธีการปรับปรุงประสิทธิภาพของโซเดียมแมงกานีสออกไซด์ในฐานะขั้วลบ โดยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบทางเคมีของมัน องค์ประกอบสำคัญนี้กำหนดว่าแบตเตอรี่สามารถเก็บพลังงานได้มากเพียงใดและมีประสิทธิภาพในการทำงานอย่างไร ในระหว่างการสำรวจ พวกเขาได้สร้างฐานข้อมูลที่ประกอบด้วยองค์ประกอบโลหะ 28 ชนิดที่แตกต่างกันและเปรียบเทียบประสิทธิภาพในแบตเตอรี่โซเดียมไอออน วัสดุชุดนี้สร้างขึ้นโดยการแทนที่แมงกานีสด้วยการเปลี่ยนแปลงปริมาณโลหะที่แตกต่างกัน รวมถึงเหล็ก ไทเทเนียม และวานาเดียม การวิจัยพบว่าเหล็กสามารถเพิ่มความสามารถในการเก็บพลังงาน วานาเดียมสามารถปรับปรุงความเสถียรในการหมุนเวียน และปริมาณเล็กน้อยของไทเทเนียมสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในอัตราสูงได้

วัสดุบางชนิดที่มีไทเทเนียมยังคงรักษาความจุได้มากกว่า 90% หลังจากการหมุนเวียน 100 ครั้ง

การเรียนรู้ของเครื่องเร่งการสำรวจวัสดุ

ทีมวิจัยเห็นพ้องกันว่าการค้นหาวัสดุที่ให้ประสิทธิภาพดีที่สุดเป็นความท้าทายที่สำคัญ เพื่อสำรวจวัสดุทดแทนที่เหมาะสม นักวิจัยได้พัฒนาวิธีการอัตโนมัติเพื่อวิเคราะห์ข้อมูลที่เกิดจากการทดลอง พวกเขาใช้ชุดข้อมูลที่สร้างขึ้นในระหว่างการทดลองเพื่อฝึกแบบจำลองการเรียนรู้ของเครื่อง ดร.คอมมานดูร์กล่าวว่า "งานนี้เป็นขั้นตอนแรกในการสร้างชุดข้อมูลที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการค้นหาวัสดุที่ได้รับการแนะนำโดยการเรียนรู้ของเครื่อง ช่วยให้เราสามารถระบุวัสดุที่มีแนวโน้มได้เร็วขึ้น และเร่งการพัฒนาแบตเตอรี่โซเดียมไอออนที่ดีกว่า"

นักวิจัยกล่าวว่า การขยายชุดข้อมูลจะทำให้ปัญญาประดิษฐ์สามารถคาดการณ์องค์ประกอบแบตเตอรี่ที่มีแนวโน้มได้ก่อนการผลิตและการทดลองวัสดุ แต่ฐานข้อมูลในปัจจุบันยังเล็กเกินไปที่จะทำการคาดการณ์ที่เชื่อถือได้ การขยายวิธีการไปยังวัสดุขั้วลบที่กว้างขึ้นอาจสร้างชุดข้อมูลคุณภาพสูงขนาดใหญ่ที่จำเป็นในการเร่งการค้นพบวัสดุแบตเตอรี่ใหม่ เมื่อเวลาผ่านไป สิ่งนี้จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ออกแบบขั้วลบโซเดียมไอออนที่ตอบสนองต่อความต้องการเฉพาะ เช่น ความสามารถในการเก็บพลังงานที่สูงขึ้น การชาร์จที่เร็วขึ้น หรืออายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้น ดร.ไอดัน มาร์กซ์ ผู้เขียนร่วมของการวิจัยและนักศึกษาปริญญาเอกด้านวิศวกรรมอวกาศกล่าวว่า "สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือการเปลี่ยนแปลงส่วนผสมที่ค่อนข้างเล็กมีผลกระทบต่อความสามารถในการเก็บพลังงาน ประสิทธิภาพในอัตราสูง และความทนทานระหว่างกันอย่างไร

การวาดภาพความสัมพันธ์เหล่านี้ทำให้เรามีทิศทางที่ชัดเจนยิ่งขึ้นสำหรับการสำรวจในขั้นตอนถัดไป

ผลการวิจัยเหล่านี้ได้ถูกตีพิมพ์ในงานวิจัยใหม่ในวารสาร Materials Chemistry