تفتح التطورات في تكنولوجيا بطاريات الليثيوم الطريق لمستقبل طاقة أكثر ذكاءً

في سلسلة من التطورات الرائدة، كشف الباحثون في جميع أنحاء العالم عن ابتكارات تهدف إلى إعادة تعريف أداء وسلامة بطاريات الليثيوم. تعالج هذه التطورات التحديات الحاسمة في كثافة الطاقة، وسرعة الشحن، والعمر الافتراضي، والاستدامة، مما يشير إلى تحول تحويلي للصناعات التي تعتمد على تخزين الطاقة، من السيارات الكهربائية (EVs) إلى أنظمة الطاقة المتجددة.

1. كثافة طاقة أعلى لنطاق ممتد

طور علماء صينيون من جامعة تيانجين بطارية من معدن الليثيوم تحقق كثافة طاقة تزيد عن 100%600 واط/كجم- مضاعفة أو مضاعفة قدرة بطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تم نشر هذا الإنجاز فيطبيعة، يستفيد من تصميم إلكتروليت جديد "غير موضعي" لتحقيق الاستقرار في هيكل البطارية مع زيادة تخزين الطاقة إلى الحد الأقصى. وقد تم بالفعل دمج هذه التكنولوجيا في طائرات بدون طيار كهربائية بالكامل، مما أدى إلى إطالة زمن الرحلة2.8 مرة. وبالمثل، قامت جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا بإنشاء إلكتروليت "مستحلب صغير" يمكّن البطاريات من الوصول إلى547 واط/كجممع الحفاظ على سلامة استثنائية، واجتياز اختبارات اختراق الأظافر دون اشتعال.

2. الشحن السريع لسد الفجوة مع الوقود الأحفوري

في جامعة ميريلاند، حدد الباحثون "السحب الكهروتناضحي" باعتباره عنق الزجاجة الرئيسي في البطاريات سريعة الشحن. ومن خلال إعادة تصميم الشوارد الكهربائية، حققوا ذلكشحن 80% خلال 13 دقيقة فقط- علامة فارقة للمركبات الكهربائية التي تتطلب حاليًا ساعات لإعادة الشحن. هذا الاكتشاف مفصل فيعلوم، يفتح الطريق لجعل شحن المركبات الكهربائية بنفس سرعة إعادة تزويد المركبات التي تعمل بالبنزين بالوقود.

3. تمديد عمر البطارية وتعزيز السلامة

قام فريق من معهد أولسان الوطني للعلوم والتكنولوجيا (UNIST) في كوريا الجنوبية بتقديم إلكتروليت جل بوليمر مدمج مع الأنثراسين. تمنع هذه المادة أنواع الأكسجين التفاعلية، وهو السبب الرئيسي لتدهور البطارية، مما يطيل عمر الدورة بنسبة 100%2.8 مرةوتقليل التورم بمقدار ستة أضعاف. تعتبر هذه التحسينات حاسمة بالنسبة لبطاريات السيارات الكهربائية ذات الجهد العالي، والتي غالبًا ما تعاني من مشكلات الاستقرار.

4. إعادة النظر في تصميم البطارية لتحقيق الكفاءة والاستدامة

يعد حل الطاقة من LG رائدًابطاريات عديمة الأنود، والتي تقضي على المواد النشطة في الأنود مثل الجرافيت. يعمل هذا التصميم على زيادة كثافة الطاقة من خلال تحسين المساحة وتبسيط عملية التصنيع وخفض التكاليف. وتهدف الشركة إلى دمج ذلك مع تقنية الحالة الصلبة للحصول على بطاريات أكثر أمانًا وقوة. وفي الوقت نفسه، طورت جامعة تشونغ أنغ مادة بينية لبطاريات الليثيوم والكبريت باستخدام محفزات ذرة واحدة من الكوبالت. يحد هذا الابتكار من "تأثير مكوك متعدد الكبريتيد"، وهو عقبة رئيسية أمام هذه الكيمياء ذات الإمكانات العالية.

5. الأسس النظرية للابتكارات المستقبلية

اقترح باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نموذجًا موحدًا يسلط الضوء على ذلكنقل الإلكترون- وليس الحركة الأيونية - هي خطوة تحديد المعدل في الشحن. نشرت فيعلومتوفر هذه النظرية إطارًا عالميًا لتصميم بطاريات الجيل التالي، متجاوزًا نهج التجربة والخطأ.

الآثار المترتبة على عالم متصل

وتعالج هذه التطورات بشكل جماعي المتطلبات الملحة للكهرباء. تدعم كثافة الطاقة الأعلى المركبات الكهربائية ذات المدى الأطول والتنقل الجوي، بينما يعمل الشحن الأسرع وعمر الخدمة الأطول على تعزيز راحة المستهلك وتقليل النفايات. كما تعد الابتكارات مثل البطاريات الخالية من الأنود وبطاريات الليثيوم والكبريت بتقليل الاعتماد على الموارد الشحيحة، بما يتماشى مع أهداف الاستدامة العالمية.

وبينما تعمل المختبرات في جميع أنحاء العالم على توسيع حدود تخزين الطاقة، فإن هذه الإنجازات تؤكد مستقبلًا حيث يمكن الوصول إلى الطاقة النظيفة والفعالة - لتشغيل كل شيء بدءًا من الأجهزة الذكية إلى المدن الذكية.