حقق الباحثون الصينيون مؤخرًا اختراقًا في كثافة الطاقة وأداء بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، حيث طوروا خلايا طرية بكثافة طاقة تزيد عن 600 واط-ساعة/كجم ووحدات بطارية بسعة 480 واط-ساعة/كجم. تحسّن هذه المؤشرات الأدائية كثافة الطاقة وعمر البطارية الحالية لبطاريات الليثيوم-أيون بمقدار 2-3 مرات.

مع التطور السريع لمجالات ناشئة مثل النقل الكهربائي، والاقتصاد منخفض الارتفاع، والإلكترونيات الاستهلاكية، والروبوتات البشرية، أصبح الطلب على البطاريات القابلة لإعادة الشحن ذات الطاقة العالية والعمر الطويل أكثر إلحاحًا. تعتبر كثافة الطاقة مقياسًا أساسيًا للبطارية، وكيفية تخزين المزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم يمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون حول العالم للتغلب عليه.

تُعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية، بكثافة طاقة نظرية أعلى بكثير من بطاريات الليثيوم-أيون التقليدية، تقنية بطارية الجيل القادم التي يمكنها معالجة اختناقات الأداء وعمر البطارية الحالية. ومع ذلك، فإن تصاميم الإلكتروليت الحالية تواجه صعوبة في تلبية متطلبات تحسين إخراج الطاقة وعمر الدورة للبطارية في نفس الوقت.

بعد سنوات من البحث المبتكر والاختراقات التقنية، قام فريق بحثي من جامعة تيانجين وشركاؤه بابتكار مفهوم تصميم "لا مركزي" لإلكتروليت بطارية الليثيوم المعدنية عالية الطاقة. يكسر هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على هيكل إذابة مهيمن، مما يحقق تحسينًا في كثافة الطاقة والأداء العام. نُشرت نتائج البحث في المجلة الأكاديمية الدولية Nature في 13 أغسطس.

أوضح البروفيسور هو وينبن، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أنه من خلال هذا الابتكار، حقق الفريق البحثي أهداف الأداء لبطارية "Battery600" عالية كثافة الطاقة ونجح في تحقيق قابلية التوسع لبطارية "Pack480" عالية كثافة الطاقة، مما يضع أساسًا مهمًا للتطبيق المستقبلي لبطاريات الليثيوم المعدنية. علاوة على ذلك، تتمتع التقنية أيضًا باستقرار دوري ممتاز وسلامة.

حاليًا، مستفيدًا من المنصات الوطنية مثل منصة الابتكار التكاملية بين الصناعة والتعليم لتكنولوجيا تخزين الطاقة الوطنية بجامعة تيانجين والمختبر الرئيسي الوطني لمواد الوظائف المعدنية الثمينة، يعمل الفريق بنشاط على تعزيز التحويل التقني والتحقق من التطبيق لهذه النتائج. وقد أنشأوا بالفعل خط إنتاج تجريبي لبطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة، والتي تم تطبيقها بنجاح على ثلاثة نماذج من الطائرات المسيرة الكهربائية الصغيرة غير المأهولة في بلدي، مما زاد وقت الطيران بمقدار 2.8 مرة مقارنة بالبطاريات الحالية.

يُذكر أن الفريق قد أتقن حاليًا التقنيات الأساسية لسلسلة بطاريات الليثيوم عالية الطاقة بأكملها، وهي "المواد-الإلكتروليت-القطب-البطارية". جميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية قابلة للتحكم بشكل مستقل، ويتمتع الفريق بالقدرة على الإنتاج بكميات كبيرة بتوافق عالٍ. ومن المتوقع أن يتم الإنتاج بالكامل في النصف الثاني من هذا العام.