مؤخرًا، حقق باحثون صينيون اختراقًا في كثافة الطاقة وعوائق الأداء لبطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، حيث طوّروا خلايا ذات غلاف مرن بكثافة طاقة تتجاوز 600 واط-ساعة/كجم، وبطاريات وحدات بسعة 480 واط-ساعة/كجم. تعمل مؤشرات الأداء هذه مباشرة على تحسين كثافة الطاقة وعمر البطارية لبطاريات الليثيوم-أيون الحالية بمقدار 2-3 مرات.

مع التطور السريع للمجالات الناشئة مثل النقل الكهربائي، واقتصاد الارتفاعات المنخفضة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والروبوتات البشرية، أصبح الطلب على البطاريات القابلة لإعادة الشحن عالية الطاقة وطويلة العمر أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى. وتُعد كثافة الطاقة مؤشرًا أساسيًا للبطارية، وكيفية تخزين المزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم تمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون في جميع أنحاء العالم إلى تجاوزه.

تُعد بطاريات الليثيوم المعدني، بكثافتها النظرية الأعلى بكثير من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، تقنية بطاريات من الجيل التالي يمكنها معالجة عوائق الأداء وعمر البطارية في البطاريات الحالية. ومع ذلك، فإن تصاميم الإلكتروليت الحالية تجد صعوبة في تلبية متطلبات تحسين خرج الطاقة وعمر الدورة في الوقت نفسه.

بعد سنوات من البحث المبتكر والاختراقات التقنية، ابتكر فريق بحثي من جامعة تيانجين ومتعاونوه مفهوم تصميم "لامركزي" لإلكتروليتات بطاريات الليثيوم المعدني عالية الطاقة. يكسر هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على بنية إذابة مهيمنة، محققًا تحسينًا في كثافة الطاقة والأداء العام. وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة Nature الأكاديمية الدولية في 13 أغسطس.

وأوضح هو ونبين، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أن فريق البحث، من خلال هذا الابتكار، حقق أهداف الأداء لبطارية الطاقة العالية الكثافة "Battery600"، ونجح في تحقيق قابلية التوسّع لحزمة البطارية عالية الكثافة "Pack480"، مما وضع أساسًا مهمًا للتطبيق المستقبلي لبطاريات الليثيوم المعدني. علاوة على ذلك، تُظهر هذه التقنية أيضًا استقرارًا ممتازًا في الدورة وأمانًا عاليًا.

حاليًا، وبالاعتماد على منصات وطنية 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 التحول التقني والتحقق من تطبيق هذه النتائج. وقد أنشأوا بالفعل خط إنتاج تجريبي لبطاريات الليثيوم المعدني عالية الطاقة، والتي جرى تطبيقها بنجاح على ثلاثة طرازات من الطائرات بدون طيار الكهربائية المصغرة بالكامل في بلدي، مما زاد زمن الطيران بمقدار 2.8 مرة مقارنة بالبطاريات الحالية.

وأفادت التقارير أن الفريق قد أتقن حاليًا التقنيات الأساسية للسلسلة الكاملة لبطاريات الليثيوم عالية الطاقة، أي "المواد-الإلكتروليت-القطب-البطارية". وجميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية قابلة للتحكم الذاتي بالكامل، ولدى الفريق القدرة على الإنتاج الكمي بثبات عالٍ. ومن المتوقع أن يدخل الإنتاج الكامل حيز التشغيل في النصف الثاني من هذا العام.