كان التحدي التكنولوجي المستمر يتمثل في صعوبة تقليل الأداء الكهروكيميائي للبطاريات الكبيرة إلى مصادر طاقة أصغر ، مما يعيق قدرتها على تشغيل الأجهزة الدقيقة والروبوتات الصغيرة والأجهزة الطبية القابلة للزرع. ومع ذلك ، فقد تغلب الباحثون في جامعة إلينوي في أوربانا شامبين على هذا التحدي من خلال تطوير بطارية بطاريات صغيرة عالية الجهد (9 فولت) ذات طاقة وكثافة استثنائيتين ، لا مثيل لها في أي تصميم بطارية موجود.
أظهر الفريق الذي يقف وراء الدراسة أن بطاريات الليثيوم متينة ومدمجة مع جزء كتلة منخفض بشكل استثنائي في تكوينات فردية ومزدوجة وثلاثية المكدس بجهد تشغيل غير مسبوق وكثافة طاقة عالية.
قال براون ، أستاذ العلوم والهندسة ومدير مختبر العلوم الفيزيائية لتقارير الخلية: “من خلال تحسين هياكل الأقطاب الكهربائية والتوصل إلى تصميمات مبتكرة للبطاريات ، نحتاج إلى بطاريات صغيرة وقوية لإطلاق الإمكانات الكاملة للأجهزة الدقيقة”.
تكمن المشكلة في أنه مع تصغير البطاريات ، تهيمن العبوة على حجم البطارية وكتلتها بينما تصبح منطقة القطب الكهربائي أصغر ، وهذا يؤدي إلى انخفاض كبير في طاقة البطارية وقدرتها ، وفقًا لموقع scitechdaily.
في تصميمهم الفريد للبطاريات الدقيقة القوية ، طور الفريق تقنية تغليف جديدة تستخدم مجمعات التيار الموجب والسالب كجزء من العبوة نفسها (بدلاً من كيان منفصل). سمح ذلك بالحجم المضغوط (0.165 سم 3) وكسر كتلة التغليف المنخفض (10.2٪) من البطاريات. بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بتكديس خلايا القطب بشكل عمودي في سلسلة (وبالتالي زيادة الجهد لكل خلية) ، مما أتاح جهد تشغيل أعلى للبطارية.
هناك طريقة أخرى لتحسين هذه البطاريات الصغيرة وهي استخدام أقطاب كهربائية فائقة الكثافة توفر كثافة طاقة ، حيث تكون الأقطاب الكهربائية العادية حوالي 40٪ بالحجم الذي تشغله البوليمرات ومضافات الكربون (المواد غير النشطة).
طورت مجموعة براون أقطابًا كهربائية باستخدام تقنية الترسيب المباشر للإلكترودات ذات درجة الحرارة المتوسطة والتي تكون كثيفة تمامًا وبدون إضافات البوليمر والكربون. يتم تصنيع الإلكتروليت بواسطة شركة Xerion Advanced Battery Corporation (XABC ، دايتون ، أوهايو) ، وهي شركة نشأت من أبحاث براون.
