نجح فريق بحث مشترك يضم باحثين من Korea Institute of Energy Research و University of Cambridge و University of Ulsan في تطوير تقنية تصنيع جديدة لأقطاب البطاريات الثانوية باستخدام عملية جافة مبتكرة، متغلبًا على بعض قيود طرق التصنيع التقليدية. نُشرت النتائج في مجلة Energy & Environmental Science.

يُقسم تصنيع أقطاب البطاريات الثانوية إلى طريقة رطبة تستخدم مذيبات وطريقة جافة لا تستخدم مذيبات. على الرغم من أن الطريقة الرطبة السائدة تضمن الأداء، إلا أنها تعتمد على مذيبات سامة، مما يسبب عبئًا بيئيًا كبيرًا وتكاليف عالية بسبب عمليات التجفيف والاسترداد الطويلة. أما الطريقة الجافة فهي أكثر صداقة للبيئة وكفاءة، لكنها تواجه تحديات طويلة الأمد في أداء البطارية ومتانتها بسبب خيارات المواد اللاصقة المحدودة وعدم تجانس خلط المواد وانخفاض قوة التماسك.

للتغلب على القيود الهيكلية للعملية الجافة، لم يغير الفريق مادة اللاصق التقليدية polytetrafluoroethylene (PTFE)، بل أحدث ثورة في هيكلها الفيزيائي، مما أدى إلى إنشاء لاصق ذو هيكل "ألياف مزدوجة". تكمن مفتاح التقنية الجديدة في تقسيم إضافة اللاصق إلى مرحلتين. أولاً، في الخلط الأولي، يُضاف كمية قليلة من اللاصق لتشكيل شبكة ألياف رفيعة "خيطية" تربط المواد النشطة والمضافات الموصلة بإحكام. ثم، في الخلط الثانوي، يُضاف اللاصق المتبقي لتشكيل هيكل ألياف خشن "حبلي" قوي مع الحفاظ على الشبكة الحالية.

يُمكّن هذا الهيكل الأليافي المزدوج التقنية من معالجة نقاط الألم في العملية الجافة التقليدية: تضمن الشبكة الأليافية الرفيعة توزيع المواد بشكل متساوٍ وتفاعلًا متجانسًا، مما يحسن أداء البطارية؛ بينما تعزز الألياف الخشنة قوة القطب الكلية واستقراره الميكانيكي، مما يلبي متطلبات الإنتاج على نطاق واسع للمتانة. أكد تحليل رسم خرائط مقاومة التفاعل الكهروكيميائي أن جميع مناطق القطب تظهر ديناميكيات تفاعل سريعة ومتساوية.

في التقييم الأدائي، حقق القطب الجاف المصنع بهذه التقنية سعة سطحية عالية تبلغ 10.1 mAh/cm². وصلت بطارية الليثيوم المعدنية الناعمة المجمعة بهذا القطب إلى كثافة طاقة 349 Wh/kg، أعلى بنحو 40% من المنتجات التجارية؛ كما بلغت كثافة الطاقة لبطارية ناعمة بأنود غرافيت 291 Wh/kg، أعلى بنحو 20% من البطاريات الرطبة في الظروف نفسها.