الملخص

يؤدي نمو الشعيرات غير المنضبط أثناء الدورات الكهروكيميائية إلى انخفاض كفاءة كولومب وظهور مشكلات أمنية خطيرة في بطاريات الليثيوم المعدنية. وبالتالي، فإن فهم شامل لآلية تكوّن الشعيرات ضروري لتحسين أداء بطاريات الليثيوم المعدنية بشكل أكبر. يمكن لمحاكاة الديناميكا الجزيئية المتسارعة بالذكاء الاصطناعي أن تُقدّم دقةً على مستوى الذرة لسلسلة من العمليات الأساسية بدقة تصل إلى مستوى "من البداية" (ab initio). ومع ذلك، فإن أدوات المحاكاة التقليدية للديناميكا الجزيئية تفشل في التقاط عمليات ترسيب الليثيوم الكهروكيميائي، نظرًا لعدم توفر شرط الجهد الثابت الكهروكيميائي. في هذه الدراسة، نقترح منهجية جهد ثابت تجمع بين حقل القوى المستند إلى الذكاء الاصطناعي وطريقة موازنة الشحنات، للكشف عن العملية الديناميكية لتكوين النوى في الشعيرات على سطوح الأنودات المصنوعة من الليثيوم المعدني. تُظهر محاكاة النتائج أن ترسيب الليثيوم غير الموحّد، الذي يتبع تجمعات الليثيوم في المكونات العضوية غير المتبلورة في طبقة التفاعل الصلبة (Solid Electrolyte Interphase - SEI)، يمكن أن يُحفّز بداية تكوّن الشعيرات. توفر هذه الدراسة رؤى دقيقة على المستوى الذري لعمليات تكوّن الشعيرات في الأنودات المصنوعة من الليثيوم. وأهم من ذلك، نقدّم طريقة محاكاة فعّالة ودقيقة لنمذجة ظروف الجهد الثابت الواقعية، والتي تمتلك إمكانات كبيرة للاستخدام الواسع في نمذجة الواجهات الكهروكيميائية المعقدة.