شهدت بطاريات الليثيوم أيون تحسينات قوية، وأجريت الكثير من الأبحاث في الكيمياء الجديدة التي وفرت نموًا كبيرًا في الأداء، وتم التركيز في بعض هذه الأبحاث على مواد مثل السيليكون والكبريت التي تخزن قدرًا أكبر بكثير من الليثيوم مقارنة بمواد الأقطاب الكهربائية الموجودة.
وواجهت جميع المحاولات مشاكل تتعلق بالاستقرار، حيث تتمتع البطاريات القائمة على التقنية بعمر افتراضي قصير مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون الحالية (على الرغم من أن البطاريات التي تحتوي على بعض السيليكون قيد الاستخدام بالفعل)، لكن خلال الأيام الماضية أعلنت شركة Cuberg التي تعمل على تطوير بطاريات الليثيوم المعدنية عن وصولها إلى نموذج ينافس بطاريات الليثيوم أيون الحالية مع الاحتفاظ بنحو 80% من سعتها الأولية لما يقرب من 700 دورة شحن وتفريغ.
وتحتوي بطاريات الليثيوم أيون الحالية على مواد قطبية قادرة على تخزين أيونات الليثيوم أو الذرات في فجوات وجيوب في بنيتها، لكن تشكل بطاريات الليثيوم المعدنية طبقة من الليثيوم في أحد الأقطاب الكهربائية، مما يؤدي إلى التخلص من مادة التخزين، وهذا يوفر الوزن والحجم، وبالمقارنة مع بطاريات الليثيوم أيون الحالية، فإن ذلك سيخزن نفس الكمية من الشحن إما في بطارية أصغر أو أخف وزنًا.
وتميل بطاريات الليثيوم المعدنية حتى الآن إلى أن يكون لها فترات حياة محدودة، ويأتي جزء من المشكلة في التكوين غير المتكافئ لرواسب الليثيوم على مدار دورات الشحن والتفريغ المتعددة، ويمكن أن يؤدي هذا إلى تكوين أشواك معدنية تسمى التشعبات التي يمكنها أن تلحق الضرر بمكونات البطارية الأخرى، وربما قد تخلق قصورًا كهربائيًا، والمشكلة الثانية هي أن معدن الليثيوم شديد التفاعل ويمكن أن يخضع لتفاعلات مع المواد الكيميائية الموجودة في إلكتروليت البطارية.
ويمكن أن تؤدي التفاعلات نفسها إلى تدهور الإلكتروليت، لكن يمكنهم أيضًا طلاء القطب بمواد تجعل من الصعب تشكيل طلاء ليثيوم موحد، مما يخلق مشكلة ذاتية التعزيز، ومن ثم تميل تلك المواد إلى أن تتشكل بطريقة غير موحدة وربما تصبح أجزاء منها عازلة وأجزاء أخرى مكشوفة.
فكيف يمكن منع ذلك؟
منذ تأسيس شركة Cuberg وهي تركز على الإلكتروليت، وتستخدم الشركة سائلًا أيونيًا كأساس للإلكتروليت، وهو عبارة عن ملح أيوني يذوب في درجة حرارة الغرفة، وتمت تجربتها سابقًا ولكنها تميل إلى أن تكون لزجة، مما يتداخل مع حركة أيونات الليثيوم، وللمساعدة في تجنب ذلك تمزج شركة Cuberg موادًا كيميائية إضافية لتقليل اللزوجة وتحسين الاستقرار.
وعلى الرغم من أن هذا الخليط قد يتفاعل مع معدن الليثيوم، إلا أنه مصمم للتسبب في مشاكل أقل عند حدوثه، والنتيجة الملحوظة وجود كثافة شحن أعلى بكثير، في حين أن العديد من بطاريات الليثيوم أيون الحالية لديها كثافة طاقة في مساحة 270 وات.ساعة/كجم فإن خلية الحقيبة التي تعتمد على تقنية Cuberg وصلت إلى 380 وات.ساعة/كجم أي بزيادة قدرها 40%، وعندما وضع مختبر مستقل البطارية في دورة تفريغ مدتها ساعة واحدة وشحن لمدة ساعتين، وجد أن البطارية استغرقت أكثر من 670 دورة حتى تنخفض قدرتها إلى 80% من أصلها، وتستهدف العديد من بطاريات الليثيوم أيون عمرًا يصل إلى 500 دورة فقط.
متى سنرى ذلك؟
بصرف النظر عن الإلكتروليت، فإن معظم المواد الموجودة في البطارية مكونات قياسية جاهزة ومتوافقة مع مرافق التصنيع واسعة النطاق، لذا فمن الناحية النظرية قد يكون هذا جاهزًا للإنتاج قريبًا، ويؤكد ريتشارد وانج، مؤسس شركة Cuberg أن الشركة تتوقع أن تصل المنتجات إلى المستخدمين بحلول عام 2025.
وبشكل كبير سيتم توجيه هذه الصناعة إلى الطيران، بسبب ارتفاع أسعار هذه البطاريات مقارنة بالبطاريات العادية، فلن يستطيع المستخدم العادي تحمل تكلفتها في الأجهزة التقنية والسيارات.