محققان دانشگاه ایلینوی شهر اوربانا تکنولوژی جدیدی در باتری لیتیوم-‌یون توسعه داده‌اند که ۲۰۰۰ برابر قدرتمندتر از باتری‌های مشابه است. به گفته‌ی محققان، این تنها یک گام تکاملی در تکنولوژی باتری نیست؛ بلکه این فناوری جدید قادر است قواعد گذشته ذخیره‌سازی انرژی را به‌کلی تغییر دهد و اجازه می‌دهد که ما کارهای مختلف و جدیدی انجام دهیم.

صرفه‌جویی در انرژی مهم‌ترین دغدغه‌ی تجارت در همه‌ی زمینه‌ها است. در حال حاضر می‌توان مقدار زیادی قدرت (وات) یا مقدار زیادی انرژی (وات ساعت) داشت؛ اما نمی‌توانیم هر دو را با هم داشته باشیم. ابرخازن‌ها ‌می‌توانند برای مدت‌زمان بسیار کوتاه قدرت عظیمی آزاد کنند. سلول‌های سوختی می‌توانند مقدار زیادی انرژی ذخیره کنند؛ اما به حداکثر توان خروجی خود محدود می‌شوند. این موضوع یک مشکل اساسی است؛ زیرا اکثر برنامه‌های کاربردی مدرن مانند فناوری‌های همواره در حال گسترش گوشی‌های هوشمند، رایانه‌های پوشیدنی، وسایل نقلیه الکتریکی و ... نیاز به مقدار زیادی قدرت و انرژی دارند. باتری‌های لیتیوم‌-یون در حال حاضر بهترین راه حل برای کاربردهای نیازمند به قدرت و انرژی بالا هستند؛ اما هنگامی که طراحان صنعتی و مهندسان الکترونیک یک دستگاه جدید خلق می‌کنند، حتی بهترین نمونه‌های باتری لیتیومی با چالشی جدی و مهم مواجه می‌شوند.

نکته جالب توجه در باتری دانشگاه ایلینوی این است که تراکم قدرت بیشتری نسبت به ابر‌مخزن‌ها و چگالی انرژی مشابه باتری‌های نیکل-روی و لیتیوم-یون دارد. با توجه به اخبار منتشرشده از مطبوعات دانشگاه، باتری جدید با حجم ۳۰ برابر کوچک‌تر، می‌تواند در دستگاه‌های بی‌سیم موجب تقویت ۳۰ برابر یا بیشتر برد انتقال سیگنال‌ها شود و در کنار آن، ۱۰۰۰ برابر سریع‌تر از باتری‌های معمولی لیتیوم-یونی شارژ می‌شود. به‌طور خلاصه این وسیله یک باتری رؤیایی است.

این پیشرفت‌ عظیم ناشی از یک ساختار کاتد و آندی جدید اختراع‌شده توسط محققان دانشگاه ایلینوی است. در اصل یک باتری لیتیوم استاندارد به‌طور معمول یک آند جامد دوبعدی ساخته‌شده از گرافیت و یک کاتد ساخته‌شده از نمک لیتیوم است. از سوی دیگر، باتری جدید ایلینوی دارای آند و کاتد متخلخل و سه‌بعدی است. محققان برای ایجاد این ساختار الکترودی جدید، ساختاری از پلی‌استایرن (فایبرگلاس) روی یک بستر شیشه ایجاد می‌کنند، نیکل الکترودیپوزیت را روی پلی‌استایرن قرار می‌دهند و سپس الکترودهای نیکل- قلع را آند و دی‌اکسید منگنز را کاتد قرار می‌دهند. تصاویر بالا به‌خوبی روند انجام این کار را نشان می‌دهد.

در نتیجه این الکترودهای متخلخل با سطح گسترده‌تر خود امکان واکنش شیمیایی بیشتری در یک فضای مشخص فراهم می‌کنند و در نهایت باعث افزایش قابل توجه قدرت خروجی و سرعت شارژ می‌شوند. تاکنون محققان از این تکنولوژی برای ایجاد یک میکروباتری با اندازه دکمه استفاده کرده‌اند که در نمودار زیر می‌توانید آن را با سلول متعارف Sony CR1620 مقایسه کنید. تراکم انرژی کمی پایین، اما تراکم قدرت ۲۰۰۰ برابر بیشتر است.

 تراکم انرژی در مقایسه با چگالی قدرت برای انواع فناوری‌های باتری، از جمله میکروباتری لیتیوم-یون دانشگاه ایلینوی

این تکنولوژی احتمالا برای دستگاه‌های مصرفی با باتری‌هایی که بسیار کوچک‌تر و سبک‌تر هستند استفاده خواهد شد. تصور کنید گوشی هوشمندی دارای یک باتری به ضخامت یک کارت اعتباری است که می‌تواند ظرف چند ثانیه دوباره شارژ شود. علاوه بر این برنامه‌های زیادی در خارج از فضای مصرفی وجود دارد؛ برای مثال در تجهیزات بسیار قدرتمند مانند لیزر و دستگاه‌های پزشکی و دیگر تجهیزاتی که معمولا از ابررایانه‌ها استفاده می‌کنند مانند خودروهای فرمول‌ یک و ابزارهای شارژ سریع قابل استفاده است. با این حال برای به واقعیت پیوستن این موضوع دانشگاه ایلینوی باید ثابت کند که تکنولوژی آن‌ها موجب افزایش اندازه باتری‌ها خواهد شد و فرایند تولید برای تولید تجاری گران تمام نمی‌شود.