تمكن العلماء الصينيون من زيادة كثافة الطاقة وعمر بطاريات الليثيوم بمقدار 2-3 مرات.

تمكن باحثون صينيون مؤخرًا من突破 اختناقات كثافة الطاقة والأداء في بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، حيث طوروا خلايا مغلفة بمرونة تتجاوز كثافة طاقتها 600 watt-hours/kg، وبطاريات وحدات بسعة تبلغ 480 watt-hours/kg. وتعمل مؤشرات الأداء هذه على تحسين كثافة الطاقة وعمر البطارية لبطاريات الليثيوم-أيون الحالية بمقدار يتراوح بين ضعفين وثلاثة أضعاف.

ومع التطور السريع في المجالات الناشئة مثل النقل الكهربائي، والاقتصاد منخفض الارتفاع، والإلكترونيات الاستهلاكية، والروبوتات الشبيهة بالبشر، تزداد الحاجة إلى بطاريات قابلة لإعادة الشحن ذات طاقة عالية وعمر طويل بشكل ملحّ. وتُعد كثافة الطاقة مؤشرًا أساسيًا للبطاريات، كما أن تخزين المزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم يمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون حول العالم جاهدين إلى التغلب عليه.

وتُعد بطاريات الليثيوم المعدنية، التي تتمتع بكثافة طاقة نظرية أعلى بكثير من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، تقنية بطاريات من الجيل التالي قادرة على معالجة اختناقات الأداء وعمر البطاريات الحالية. إلا أن تصاميم الإلكتروليت الحالية تواجه صعوبة في تلبية متطلبات تحسين ناتج طاقة البطارية وعمر دورات الشحن والتفريغ في الوقت نفسه.

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

وأوضح هو وينبين، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أن فريق البحث حقق من خلال هذا الابتكار أهداف أداء البطارية عالية كثافة الطاقة «Battery600»، ونجح في تحقيق قابلية التوسع لحزمة البطاريات عالية كثافة الطاقة «Pack480»، مما أرسى أساسًا مهمًا للتطبيق المستقبلي لبطاريات الليثيوم المعدنية. علاوة على ذلك، تُظهر هذه التقنية أيضًا ثباتًا ممتازًا في دورات الشحن والتفريغ ومستوى عاليًا من الأمان.

ويعمل الفريق حاليًا، بالاستفادة من المنصات الوطنية مثل منصة الابتكار الوطنية لتكامل الصناعة والتعليم في تكنولوجيا تخزين الطاقة بجامعة تيانجين والمختبر الوطني الرئيسي لمواد المعادن النفيسة الوظيفية، على تعزيز التحول التقني لهذه النتائج والتحقق من تطبيقاتها. وقد أنشأ الفريق بالفعل خط إنتاج تجريبي لبطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة، والتي طُبقت بنجاح في ثلاثة طرز من الطائرات الصغيرة غير المأهولة ذات الدفع الكهربائي بالكامل في الصين، مما زاد مدة الطيران بمقدار 2.8 مرة مقارنة بالبطاريات الحالية.

ووفقًا للتقارير، أتقن الفريق حاليًا التقنيات الأساسية للسلسلة الكاملة لبطاريات الليثيوم عالية الطاقة، وهي «المواد-الإلكتروليت-القطب الكهربائي-البطارية». وجميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية قابلة للتحكم بشكل مستقل، كما يمتلك الفريق القدرة على الإنتاج بكميات كبيرة وبدرجة عالية من الاتساق. ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج الكامل في النصف الثاني من هذا العام.