تمكّن باحثون صينيون مؤخرًا من تجاوز اختناقات كثافة الطاقة والأداء في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، وطوروا خلايا ذات أغلفة لينة بكثافة طاقة تتجاوز 600 واط-ساعة/كغ، وبطاريات وحدات بسعة 480 واط-ساعة/كغ. وتُحسّن مؤشرات الأداء هذه مباشرةً كثافة الطاقة وعمر بطاريات الليثيوم أيون الحالية بمقدار يتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف.

مع التطور السريع للمجالات الناشئة، مثل النقل الكهربائي والاقتصاد على ارتفاعات منخفضة والإلكترونيات الاستهلاكية والروبوتات الشبيهة بالبشر، تزداد الحاجة إلى بطاريات قابلة لإعادة الشحن ذات طاقة عالية وعمر طويل إلحاحًا. وتُعد كثافة الطاقة مؤشرًا أساسيًا للبطاريات، كما أن تخزين مزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم يمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون حول العالم إلى تجاوزه.

تُعد بطاريات الليثيوم المعدنية، بفضل كثافة طاقتها النظرية الأعلى بكثير من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تقنيةً من الجيل التالي يمكنها معالجة اختناقات الأداء وعمر البطاريات الحالية. غير أن تصميمات الإلكتروليت الحالية تواجه صعوبة في تلبية متطلبات تحسين خرج الطاقة وعمر الدورة للبطارية في آنٍ واحد.

بعد سنوات من الأبحاث المبتكرة والاختراقات التقنية، ابتكر فريق بحثي من جامعة تيانجين ومتعاونوه مفهوم تصميم «غير متمركز» لإلكتروليتات بطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة. ويتجاوز هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على بنية إذابة مهيمنة، محققًا تحسينًا في كثافة الطاقة والأداء العام معًا. ونُشرت نتائج البحث في المجلة الأكاديمية الدولية Nature في 13 أغسطس.

وأوضح هو ون بين، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أن الفريق البحثي حقق من خلال هذا الابتكار أهداف الأداء للبطارية عالية الكثافة «Battery600»، ونجح في تحقيق قابلية التوسع لحزمة البطاريات عالية الكثافة «Pack480»، مما أرسى أساسًا مهمًا للتطبيق المستقبلي لبطاريات الليثيوم المعدنية. كما تُظهر هذه التقنية استقرارًا ممتازًا أثناء دورات الشحن والتفريغ ومستوى أمان عاليًا.

يعمل الفريق حاليًا على دفع تحويل هذه النتائج إلى تطبيقات والتحقق من استخدامها، مستفيدًا من منصات وطنية مثل منصة الابتكار لدمج الصناعة والتعليم في تكنولوجيا تخزين الطاقة بجامعة تيانجين، والمختبر الوطني الرئيسي للمواد الوظيفية للمعادن النفيسة. وقد أنشأ الفريق بالفعل خط إنتاج تجريبيًا لبطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة، وجرى تطبيقها بنجاح في ثلاثة طرازات من الطائرات المسيّرة الكهربائية بالكامل صغيرة الحجم في الصين، مما زاد مدة الطيران بمقدار 2.8 مرة مقارنةً بالبطاريات الحالية.

وأفادت التقارير بأن الفريق أتقن حاليًا التقنيات الأساسية لسلسلة بطاريات الليثيوم عالية الطاقة بأكملها، وهي «المواد-الإلكتروليت-الأقطاب الكهربائية-البطارية». كما أن جميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية خاضعة للتحكم المستقل، ويمتلك الفريق القدرة على الإنتاج الكمي بدرجة عالية من الاتساق. ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج الكامل في النصف الثاني من هذا العام.