پیشرفت‌های فناوری باتری لیتیومی راه را برای آینده‌ای هوشمندتر در حوزه انرژی هموار می‌کند.

در یک سری پیشرفت‌های پیشگامانه، محققان در سراسر جهان نوآوری‌هایی را رونمایی کرده‌اند که برای بازتعریف عملکرد و ایمنی باتری‌های لیتیومی آماده شده‌اند. این پیشرفت‌ها به چالش‌های حیاتی در تراکم انرژی، سرعت شارژ، طول عمر و پایداری می‌پردازند و نشان‌دهنده یک تغییر تحول‌آفرین برای صنایعی است که به ذخیره‌سازی انرژی متکی هستند، از وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) گرفته تا سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر.

1. تراکم انرژی بالاتر برای برد بیشتر

دانشمندان چینی از دانشگاه تیانجین یک باتری لیتیوم-فلزی را توسعه داده‌اند که به تراکم انرژی بیش از 600 Wh/kg—دو یا سه برابر ظرفیت باتری‌های لیتیوم یونی معمولی دست یافته است. این پیشرفت که در  منتشر شده است،Nature, از یک طراحی الکترولیت «غیرمتمرکز» جدید برای تثبیت ساختار باتری در حالی که ذخیره‌سازی انرژی را به حداکثر می‌رساند، استفاده می‌کند. این فناوری قبلاً در هواپیماهای بدون سرنشین تمام الکتریکی کوچک ادغام شده است و زمان پرواز را  افزایش می‌دهد.2.8 برابر . به طور مشابه، دانشگاه علوم و فناوری هواژونگ یک الکترولیت «میکرو امولسیون» ایجاد کرد که باتری‌ها را قادر می‌سازد به  برسند.547 Wh/kg در حالی که ایمنی استثنایی را حفظ می‌کند و آزمایش‌های نفوذ میخ را بدون اشتعال  پشت سر می‌گذارد.

2. شارژ سریع برای پر کردن شکاف با سوخت‌های فسیلی

در دانشگاه مریلند، محققان «کشش الکترواسمزی» را به عنوان یک گلوگاه کلیدی در باتری‌های شارژ سریع شناسایی کردند. با طراحی مجدد الکترولیت‌ها، آنها به  دست یافتند.80% شارژ در 13 دقیقه—یک نقطه عطف برای خودروهای برقی که در حال حاضر به ساعت‌ها زمان برای شارژ مجدد نیاز دارند. این کشف که در  شرح داده شده است،Science, مسیری را برای تبدیل شارژ خودروهای برقی به سرعت سوخت‌گیری وسایل نقلیه بنزینی باز می‌کند .

3. افزایش طول عمر باتری و افزایش ایمنی

تیمی در موسسه ملی علوم و فناوری اولسان کره جنوبی (UNIST) یک الکترولیت پلیمری ژل را که با آنتراسن تعبیه شده است، معرفی کردند. این ماده گونه‌های اکسیژن واکنشی، یک علت اصلی تخریب باتری را سرکوب می‌کند و عمر چرخه را  افزایش می‌دهد.2.8 برابر و تورم را شش برابر کاهش می‌دهد. چنین پیشرفت‌هایی برای باتری‌های خودروهای برقی با ولتاژ بالا که اغلب از مشکلات پایداری رنج می‌برند، حیاتی است .

4. بازنگری در طراحی باتری برای کارایی و پایداری

LG Energy Solution پیشگام  است.باتری‌های بدون آند, که مواد فعال آند مانند گرافیت را حذف می‌کنند. این طراحی با بهینه‌سازی فضا و ساده‌سازی تولید، هزینه‌ها را کاهش می‌دهد و تراکم انرژی را افزایش می‌دهد. این شرکت قصد دارد این فناوری را با فناوری حالت جامد برای باتری‌های ایمن‌تر و قدرتمندتر ترکیب کند . در همین حال، دانشگاه چونگ-آنگ یک ماده بین لایه‌ای برای باتری‌های لیتیوم-گوگرد با استفاده از کاتالیزورهای تک اتمی کبالت توسعه داد. این نوآوری «اثر شاتل پلی‌سولفید» را که یک مانع اصلی برای این شیمی با پتانسیل بالا است، محدود می‌کند .

5. مبانی نظری برای نوآوری‌های آینده

محققان MIT یک مدل متحد را پیشنهاد کردند که  را برجسته می‌کند.انتقال الکترون—نه حرکت یون—مرحله محدود کننده سرعت در شارژ است. این نظریه که در  منتشر شده است،Science, یک چارچوب جهانی برای طراحی باتری‌های نسل بعدی ارائه می‌دهد و از رویکردهای آزمون و خطا فراتر می‌رود .

پیامدهایی برای یک دنیای متصل

این پیشرفت‌ها به طور جمعی به نیازهای فوری برقی‌سازی می‌پردازند. تراکم انرژی بالاتر از خودروهای برقی با برد بیشتر و تحرک هوایی پشتیبانی می‌کند، در حالی که شارژ سریع‌تر و طول عمر بیشتر، راحتی مصرف‌کننده را افزایش می‌دهد و ضایعات را کاهش می‌دهد. نوآوری‌هایی مانند باتری‌های بدون آند و لیتیوم-گوگرد نیز نوید کاهش اتکا به منابع کمیاب را می‌دهند و با اهداف پایداری جهانی همسو هستند.

همانطور که آزمایشگاه‌ها در سراسر جهان مرزهای ذخیره‌سازی انرژی را جابجا می‌کنند، این پیشرفت‌ها آینده‌ای را نشان می‌دهند که در آن انرژی پاک و کارآمد در دسترس است—انرژی‌رسانی به همه چیز، از دستگاه‌های هوشمند گرفته تا شهرهای هوشمند.