في الآونة الأخيرة, نجح باحثون صينيون في تجاوز اختناقات كثافة الطاقة والأداء في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية, وطوروا خلايا ذات تغليف مرن بكثافة طاقة تتجاوز 600 واط-ساعة/كجم وبطاريات وحداتية بسعة 480 واط-ساعة/كجم. وتعمل مؤشرات الأداء هذه على تحسين كثافة الطاقة وعمر البطارية لبطاريات الليثيوم أيون الحالية مباشرة بمقدار 2-3 مرات.

مع التطور السريع للمجالات الناشئة مثل النقل الكهربائي, والاقتصاد منخفض الارتفاع, والإلكترونيات الاستهلاكية, والروبوتات الشبيهة بالبشر, أصبحت الحاجة إلى بطاريات قابلة لإعادة الشحن عالية الطاقة وطويلة العمر أكثر إلحاحا. تعد كثافة الطاقة مؤشرا أساسيا للبطاريات, وكيفية تخزين المزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم تمثل تحديا تقنيا يسعى الباحثون حول العالم إلى التغلب عليه.

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

بعد سنوات من البحث الابتكاري والاختراقات التقنية, ابتكر فريق بحثي من جامعة تيانجين ومتعاونوه مفهوما تصميميا "غير متموضع" لإلكتروليتات بطاريات معدن الليثيوم عالية الطاقة. ويكسر هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على بنية إذابة مهيمنة, محققا تحسين كثافة الطاقة والأداء العام في آن واحد. ونشرت نتائج البحث في المجلة الأكاديمية الدولية Nature في 13 أغسطس.

أوضح هو ونبين, 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 التوسع لحزمة البطاريات عالية كثافة الطاقة "Pack480," مما وضع أساسا مهما للتطبيق المستقبلي لبطاريات معدن الليثيوم. علاوة على ذلك, تظهر هذه التقنية أيضا ثباتا ممتازا في الدورات وسلامة عالية.

حاليا, وبالاستفادة من 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 التحويل التقني والتحقق التطبيقي لهذه النتائج. وقد أنشأوا بالفعل خط إنتاج تجريبيا لبطاريات معدن الليثيوم عالية الطاقة, وتم تطبيقها بنجاح على ثلاثة نماذج من المركبات الجوية الصغيرة غير المأهولة والكهربائية بالكامل في الصين, مما زاد زمن الطيران بمقدار 2.8 مرات مقارنة بالبطاريات الحالية.

تفيد التقارير بأن الفريق قد أتقن حاليا التقنيات الأساسية للسلسلة الكاملة لبطاريات الليثيوم عالية الطاقة, وهي "المواد-الإلكتروليت-القطب-البطارية". جميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية قابلة للتحكم بشكل مستقل, ويمتلك الفريق القدرة على الإنتاج الضخم بدرجة عالية من الاتساق. ومن المتوقع أن تدخل حيز الإنتاج الكامل في النصف الثاني من هذا العام.