في الآونة الأخيرة، تمكن باحثون صينيون من تجاوز معوقات كثافة الطاقة والأداء في بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، حيث طوروا خلايا مرنة ذات كثافة طاقة تتجاوز 600 واط/ساعة/كجم، وبطاريات معيارية بسعة 480 واط/ساعة/كجم. وتساهم هذه المؤشرات في تحسين كثافة الطاقة وعمر بطاريات الليثيوم أيون الحالية بمقدار ضعفين إلى ثلاثة أضعاف.

مع التطور السريع للمجالات الناشئة كالنقل الكهربائي، والاقتصاد في المناطق المنخفضة، والإلكترونيات الاستهلاكية، والروبوتات الشبيهة بالبشر، تزداد الحاجة إلى بطاريات قابلة لإعادة الشحن عالية الطاقة وطويلة العمر. تُعد كثافة الطاقة معيارًا أساسيًا للبطاريات، وكيفية تخزين المزيد من الطاقة مع تقليل الوزن والحجم يُمثل تحديًا تقنيًا يسعى الباحثون حول العالم جاهدين للتغلب عليه.

تُعتبر بطاريات الليثيوم المعدنية، بكثافة طاقتها النظرية الأعلى بكثير من بطاريات الليثيوم أيون التقليدية، تقنيةً واعدةً للجيل القادم من البطاريات، قادرةً على معالجة معوقات الأداء وإطالة عمر البطاريات الحالية. مع ذلك، تواجه تصميمات الإلكتروليت الحالية صعوبةً في تلبية متطلبات تحسين إنتاج الطاقة وعمر البطارية في آنٍ واحد.

بعد سنوات من الأبحاث المبتكرة والاختراقات التقنية، ابتكر فريق بحثي من جامعة تيانجين بالتعاون مع باحثين آخرين مفهومًا رائدًا لتصميم إلكتروليتات بطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة، يُعرف باسم "التصميم اللامركزي". يُلغي هذا المفهوم اعتماد تصميم الإلكتروليت التقليدي على بنية مذيبة مهيمنة، مما يُحسّن كثافة الطاقة والأداء العام. وقد نُشرت نتائج البحث في مجلة "نيتشر" الأكاديمية الدولية بتاريخ 13 أغسطس.

أوضح هو وينبين، الأستاذ في كلية علوم وهندسة المواد بجامعة تيانجين وقائد الفريق، أن الفريق البحثي، من خلال هذا الابتكار، حقق أهداف الأداء لبطارية "Battery600" عالية الكثافة الطاقية، ونجح في تحقيق قابلية التوسع لحزمة بطاريات "Pack480" عالية الكثافة الطاقية، مما يرسخ أساسًا هامًا للتطبيقات المستقبلية لبطاريات الليثيوم المعدنية. علاوة على ذلك، تتميز هذه التقنية أيضًا بثبات ممتاز في دورات الشحن والتفريغ وأمان عالٍ.

يستفيد الفريق حاليًا من منصات وطنية مثل منصة تيانجين الوطنية لتكنولوجيا تخزين الطاقة، ومنصة الابتكار المتكاملة بين الصناعة والتعليم، والمختبر الوطني الرئيسي للمواد الوظيفية للمعادن النفيسة، ويعمل الفريق بنشاط على تعزيز التحول التقني والتحقق من التطبيقات العملية لهذه النتائج. وقد أنشأ الفريق بالفعل خط إنتاج تجريبي لبطاريات الليثيوم المعدنية عالية الطاقة، والتي تم تطبيقها بنجاح على ثلاثة نماذج من الطائرات المسيرة الكهربائية المصغرة في البلاد، مما زاد مدة الطيران بمقدار 2.8 ضعف مقارنة بالبطاريات الحالية.

تشير التقارير إلى أن الفريق قد أتقن حاليًا التقنيات الأساسية لسلسلة إنتاج بطاريات الليثيوم عالية الطاقة، بدءًا من المواد الخام، مرورًا بالإلكتروليت، وصولًا إلى القطب الكهربائي والبطارية. ويتمتع الفريق بالقدرة على التحكم المستقل في جميع المواد الخام والتقنيات الرئيسية، فضلًا عن قدرته على الإنتاج بكميات كبيرة وبجودة عالية. ومن المتوقع أن يبدأ الإنتاج بشكل كامل في النصف الثاني من هذا العام.