تُعد بطاريات تخزين الطاقة حاسمة للاستخدام المستقر للطاقة المتجددة، لكن عمرها الافتراضي وأداءها في معدلات الشحن العالية بحاجة إلى تحسين. تتمتع مواد الكاثود غير الليثيومية بمزايا كبيرة، لكنها لا تعمل بشكل طبيعي عند اقترانها مع الأنود الجرافيت التقليدي بسبب نقص أيونات الليثيوم النشطة. نشر فريق Gao Yue من جامعة فودان مؤخراً في مجلة Advanced Materials الدولية المرموقة مقالاً بعنوان “Long-Lifespan and High-Rate Energy Storage Enabled by Lithium-Free Batteries with External Li Supply”، يستعرض الشروط والتأثيرات المطلوبة لتزويد الليثيوم الخارجي لبطاريات غير الليثيومية، مما يوفر استراتيجية قابلة للتطبيق لتخزين الطاقة على مستوى الشبكة.
استعرضت الدراسة تحديات تطبيق مواد الكاثود غير الليثيومية في أنظمة بطاريات أيونات الليثيوم، وحققت اختراقاً في تطبيقات العمر الطويل والمعدلات العالية للبطاريات غير الليثيومية من خلال تزويد الليثيوم الخارجي. تعاني عوامل تعويض الليثيوم التقليدية من مشكلات مثل جهد التحلل المرتفع، التحويل الكهروكيميائي غير الكامل، والمنتجات الجانبية الصلبة المتبقية. اعتمدت هذه الدراسة ثلاثي فلورو ميثان سلفونات الليثيوم (LiSO₂CF₃) كمضاف للإلكتروليت، مطبقاً في نظام بطارية الحقيبة الناعمة graphite|TiS₂، حيث يتحلل كهروكيميائياً بشكل مستقر عند جهد 3.8 فولت، مما يزود النظام بأيونات الليثيوم دون بقايا صلبة بعد التحلل، مما يحل مشكلة تراكم المنتجات الجانبية ويساعد على التشغيل المستقر طويل الأمد للبطارية.
تُعد سلامة هيكل الإلكترود أمراً حاسماً للدورة المستقرة طويلة الأمد للبطارية. تدمر مضافات تعويض الليثيوم التقليدية للكاثود شبكة التوصيل الكهربائي للإلكترود، بينما تؤثر مضافات الأنود على سلامة الإلكترود. أدخلت هذه الدراسة LiSO₂CF₃ كمضاف للإلكتروليت، ومن خلال تحليل المجهر الإلكتروني والتصوير بالموجات فوق الصوتية، أظهرت أن عملية تزويد الليثيوم لا تسبب ضرراً لهيكل الإلكترود.
يُعد تركيب واجهة الإلكترود عاملاً رئيسياً آخر يحدد استقرار الدورة الطويلة للبطارية. أظهر تحليل مطيافية الأشعة السينية الضوئية (XPS) في هذه الدراسة أن عملية تزويد الليثيوم الخارجي لا تثير تفاعلات جانبية إضافية على جانب الكاثود، وأن أيونات الليثيوم المطلقة خلال العملية تُدمج بنجاح في الأنود الجرافيت، مما يوفر وسيطاً نشطاً لدورة البطارية.
بناءً على استراتيجية تزويد الليثيوم الخارجي باستخدام LiSO₂CF₃، حققت بطارية الحقيبة الناعمة graphite|TiS₂ أكثر من 14,000 دورة حياة عند كثافة تيار 10C، مما يلبي المتطلبات المتعددة لتخزين الطاقة على مستوى الشبكة من حيث الاستجابة السريعة، العمر الطويل، وتكاليف التشغيل المنخفضة. لا توفر هذه الدراسة مساراً تقنياً قابلاً للتطبيق لتطوير البطاريات غير الليثيومية فحسب، بل تفتح اتجاهاً جديداً لتعزيز بناء أنظمة تخزين طاقة خضراء واقتصادية وفعالة.
