مؤخرًا، تمكن باحثون صينيون من تجاوز عنق الزجاجة في كثافة الطاقة والأداء لبطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، حيث طوروا خلايا مغلفة مرنة بكثافة طاقة تتجاوز 600 واط-ساعة/كجم وبطاريات وحدات بسعة 480 واط-ساعة/كجم. وتُحسن مؤشرات الأداء هذه مباشرةً كثافة الطاقة وعمر البطارية لبطاريات الليثيوم-أيون الحالية بمقدار 2-3 مرات.

مع التطور السريع للمجالات الناشئة مثل النقل الكهربائي والاقتصاد منخفض الارتفاع والإلكترونيات الاستهلاكية والروبوتات الشبيهة بالبشر، أصبح الطلب على البطاريات القابلة لإعادة الشحن ذات الطاقة العالية والعمر الطويل أكثر إلحاحًا. وتُعد كثافة الطاقة مؤشرًا أساسيًا للبطاريات، كما أن كيفية تخزين المزيد من الطاقة مع خفض الوزن والحجم تمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون حول العالم إلى التغلب عليه.

تُعتبر بطاريات معدن الليثيوم، بفضل كثافة طاقتها النظرية الأعلى بكثير من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، تقنية بطاريات من الجيل التالي يمكنها معالجة اختناقات الأداء وعمر البطاريات الحالية. ومع ذلك، تواجه تصميمات الإلكتروليت الحالية صعوبة في تلبية متطلبات تحسين خرج طاقة البطارية وعمر الدورة في الوقت نفسه.

بعد سنوات من البحث الابتكاري والاختراقات التقنية، ابتكر فريق بحثي من جامعة تيانجين وشركاؤه مفهوم تصميم "غير متمركز" لإلكتروليتات بطاريات معدن الليثيوم عالية الطاقة. ويكسر هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على بنية إذابة سائدة، محققًا في آن واحد تحسين كثافة الطاقة والأداء الإجمالي. ونُشرت نتائج البحث في المجلة الأكاديمية الدولية Nature في 13 أغسطس.

أوضح هو وينبين، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أنه من خلال هذا الابتكار، حقق الفريق البحثي أهداف الأداء للبطارية عالية كثافة الطاقة "Battery600"، ونجح في تحقيق قابلية التوسّع لحزمة البطاريات عالية كثافة الطاقة "Pack480"، مما وضع أساسًا مهمًا للتطبيق المستقبلي لبطاريات معدن الليثيوم. إضافة إلى ذلك، تتميز هذه التقنية أيضًا باستقرار ممتاز للدورات وسلامة عالية.

في الوقت الحالي، وبالاستفادة من المنصات الوطنية مثل منصة الابتكار للتكامل بين الصناعة والتعليم لتكنولوجيا تخزين الطاقة الوطنية بجامعة تيانجين والمختبر الوطني الرئيسي للمواد الوظيفية للمعادن الثمينة، يعمل الفريق بنشاط على تعزيز التحويل التقني والتحقق من التطبيق لهذه النتائج. وقد أنشأ بالفعل خط إنتاج تجريبيًا لبطاريات معدن الليثيوم عالية الطاقة، والتي طُبقت بنجاح في ثلاثة طرازات من الطائرات الصغيرة غير المأهولة الكهربائية بالكامل في بلدي، مما زاد مدة الطيران بمقدار 2.8 مرة مقارنةً بالبطاريات الحالية.

وأُفيد بأن الفريق قد أتقن حاليًا التقنيات الأساسية للسلسلة الكاملة لبطاريات الليثيوم عالية الطاقة، وهي "المواد-الإلكتروليت-القطب-البطارية". وتخضع جميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية للتحكم المستقل، ويتمتع الفريق بالقدرة على الإنتاج الكمي بدرجة عالية من الاتساق. ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج الكامل في النصف الثاني من هذا العام.