به گزارش اکو اقتصاد، رقابت جهانی برای ساخت باتریهای قدرتمندتر، ارزانتر و ایمنتر وارد مرحلهای تازه شده است. در حالی که خودروهای برقی به سرعت در حال جایگزینی خودروهای بنزینی هستند، یکی از بزرگترین چالشها همچنان عملکرد کاتد باتری است؛ بخشی که بیشترین هزینه و تأثیر را در کارایی دارد. اکنون پژوهشی جدید نشان میدهد که با مهندسی در مقیاس اتمی، میتوان محدودیتهای قدیمی باتریهای لیتیومی را برطرف کرد و نسل تازهای از سلولهای پرانرژی را وارد بازار نمود.
کشف ماده کاتدی نسل بعد
تیمی از پژوهشگران به سرپرستی لیو چی موفق شدهاند مانعی اساسی در مسیر پیشرفت باتری خودروهای برقی را برطرف کنند. این گروه در قالب طرح «RAISe+» بودجه لازم برای تجاریسازی ماده جدیدی را جذب کردهاند؛ مادهای که میتواند همزمان چگالی انرژی را افزایش داده و هزینه تولید را کاهش دهد.
تمرکز اصلی این پروژه روی «اکسیدهای لایهای غنی از لیتیوم» یا LLO بوده است. مهندسان به دلیل ظرفیت بسیار بالا و قیمت مناسب، این مواد را «کاتد نهایی» مینامند. با این حال، یک مشکل جدی همیشه مانع استفاده گسترده از آنها بوده: افت ولتاژ در طول زمان که باعث کاهش عمر باتری میشود.
حل مشکل افت ولتاژ در سطح اتمی
محققان برای رفع این مشکل، ساختار داخلی موسوم به «لانهزنبوری» در کاتد را تثبیت کردند. آنها با افزودن یونهای خاص فلزات واسطه به ساختار ماده، از آزاد شدن اکسیژن جلوگیری کردند؛ پدیدهای که معمولا باعث تخریب ساختاری باتری در چرخههای شارژ و دشارژ میشود.
این اصلاح اتمی عملا ریشه اصلی افت ولتاژ را از بین برد. علاوه بر این، مهندسان با استفاده از روشهای مهندسی ثانویه، یک لایه پوشش کربنی محافظ روی سطح کاتد ایجاد کردند. این پوشش همانند سپر عمل میکند و از خوردگی الکترولیت و انحلال فلز جلوگیری میکند. ترکیب این دو نوآوری باعث افزایش چشمگیر پایداری بلندمدت باتری شده است.
جهش عملکرد: افزایش بیش از ۳۰ درصدی چگالی انرژی
طبق اعلام تیم تحقیقاتی، خط تولید جدیدی که بر پایه این فناوری ساخته شده میتواند چگالی انرژی باتریهای سنتی را بیش از ۳۰ درصد افزایش دهد. این افزایش برای خودروهای برقی بسیار حیاتی است، زیرا مستقیما به برد حرکتی بیشتر و کاهش دفعات شارژ منجر میشود.
از سوی دیگر، پیشبینی میشود بازار جهانی باتریهای لیتیوم-یون تا سال ۲۰۳۰ به ارزش ۱۵۰ میلیارد دلار برسد. در این میان، مواد کاتدی پرهزینهترین بخش تولید هستند؛ بنابراین هر فناوری که هزینه آنها را کاهش دهد، مزیت اقتصادی بزرگی ایجاد میکند.
از آزمایشگاه تا تولید صنعتی
برای تجاریسازی این فناوری، تیم پژوهشی شرکت SuFang New Energy Technology Co., Ltd را تاسیس کرده و هماکنون یک خط تولید با ظرفیت ۱۰۰ تن در سال را اداره میکند. آنها با حمایت جدید دولتی قصد دارند کارخانهای بزرگ با ظرفیت ۱۰۰۰ تن در سال در جنوبشرقی آسیا یا کره احداث کنند؛ پروژهای که انتظار میرود حدود ۱۰۰ شغل در حوزه مهندسی و تولید ایجاد کند.
به گفته محققان، این توسعه میتواند جایگاه هنگ کنگ را در اکوسیستم رقابتی فناوریهای پیشرفته انرژی تقویت کند.
گام بعدی: باتریهای حالت جامد
کار این تیم فقط به باتریهای الکترولیت مایع محدود نیست. آنها در حال راهاندازی خط تولید دومی هستند که مخصوص باتریهای حالت جامد طراحی شده است؛ سلولهایی که به عنوان نسل بعدی باتری شناخته میشوند و میتوانند ایمنی بیشتر و توان خروجی بالاتری ارائه دهند.
پژوهشگران انتظار دارند ظرف سه سال آینده این فناوری را به مرحله بهینهسازی کامل صنعتی برسانند؛ زمانی که همزمان با شتاب جهانی در پذیرش خودروهای برقی و انرژیهای تجدیدپذیر خواهد بود.
پشتوانه علمی پژوهش
این دستاورد ابتدا در سال ۲۰۲۳ در مجله علمی Nature Energy منتشر شد و اکنون از مرحله مقاله دانشگاهی به مرحله تولید صنعتی رسیده است؛ مسیری که نشاندهنده بلوغ واقعی فناوری است.
پیشرفت جدید در مهندسی کاتدهای غنی از لیتیوم نشان میدهد که یکی از مهمترین محدودیتهای باتریهای امروزی یعنی افت ولتاژ قابل حل است. افزایش بیش از ۳۰ درصدی چگالی انرژی، ظرفیت تولید تا ۱۰۰۰ تن در سال، و چشمانداز بازار ۱۵۰ میلیارد دلاری تا ۲۰۳۰ همگی نشان میدهند این فناوری میتواند نقش تعیینکنندهای در آینده خودروهای برقی و ذخیرهسازی انرژی داشته باشد. اگر روند توسعه طبق برنامه پیش برود، باتریهای نسل جدید نهتنها برد خودروها را افزایش میدهند، بلکه هزینهها را نیز کاهش خواهند داد؛ ترکیبی که میتواند صنعت حملونقل پاک را متحول کند.