باتری لیتیوم خالص با عبور از ۹,۳۱۵ چرخه، نویدبخش تحولی بنیادین در خودروهای برقی و ذخیره‌سازی شبکه است

برای دهه‌ها، شیمیدانان باتری می‌دانستند که فلز لیتیوم خالص، ماده آند نهایی است. این ماده تقریباً ده برابر چگالی انرژی گرافیتی را دارد که در باتری‌های لیتیوم-یون رایج امروزی استفاده می‌شود. اما همیشه یک مشکل کشنده وجود داشته است: باتری‌های لیتیوم فلزی تمایل دارند خود را از درون تخریب کنند.[1][5]

مکانیسم اصلی شکست، مورفولوژیکی است. هنگامی که یک باتری لیتیوم فلزی شارژ می‌شود، یون‌های لیتیوم روی آند رسوب می‌کنند. به جای تشکیل یک لایه صاف و یکنواخت، آنها اغلب به ساختارهای میکروسکوپی و سوزنی‌شکل معروف به دندریت تبدیل می‌شوند. این دندریت‌ها در نهایت می‌توانند جداکننده داخلی باتری را سوراخ کنند و باعث اتصال کوتاه فاجعه‌بار و فرار حرارتی شوند.[5][6]

حتی اگر رشد دندریت سرکوب شود، یک حالت شکست ثانویه همچنان باقی می‌ماند. فلز لیتیوم بسیار واکنش‌پذیر به طور مداوم الکترولیت مایع را مصرف می‌کند و یک لایه ناپایدار رابط الکترولیت جامد (SEI) تشکیل می‌دهد. این واکنش انگلی مواد فعال باتری را تحلیل می‌برد و منجر به افت سریع ظرفیت می‌شود. تنها پنج سال پیش، دوام آوردن یک سلول لیتیوم فلزی آزمایشی تا ۶۰۰ چرخه، توسط آزمایشگاه‌های ملی به عنوان یک دستاورد مهم جشن گرفته می‌شد.[3][5][6]

در ۲۶ آگوست ۲۰۲۶، شرکت «پیور لیتیوم کورپوریشن» (Pure Lithium Corporation) مستقر در بوستون، پیشرفتی را اعلام کرد که این سقف تاریخی را در هم می‌شکند. این شرکت گزارش داد که باتری لیتیوم فلزی «آند پیشرفته» (Advanced Anode) آن، در آزمایش‌های آزمایشگاهی از ۹,۳۱۵ چرخه شارژ-دشارژ فراتر رفته است.[1]

داده‌ها نشان می‌دهند که سلول‌ها تحت شرایط سخت آزمایش شده‌اند: ۱۰۰٪ عمق دشارژ (DoD) با نرخ شارژ و دشارژ ۱C:1C. این بدان معناست که باتری در فواصل یک ساعته به طور کامل تخلیه و به طور کامل شارژ شده است. به گفته شرکت، سلول‌ها این نقطه عطف را با افت ظرفیت ناچیز به دست آورده‌اند و همچنان در حال چرخه هستند.[1][2]

برای درک مقیاس این جهش، باتری‌های لیتیوم-یون تجاری موجود در بازار معمولاً پس از ۲۵۰ تا ۲,۰۰۰ چرخه، بسته به شیمی و کاربرد خاص، به طور قابل توجهی تخریب می‌شوند. باتری‌ای که می‌تواند بیش از ۹,۰۰۰ بار بدون از دست دادن ظرفیت قابل توجه، چرخه بزند، نشان‌دهنده یک تحول بنیادین در طول عمر ذخیره‌سازی انرژی است.[1][7]

مکانیسم پشت این اصلاح، متکی بر یک تغییر اساسی در فرآیند تولید است. شرکت پیور لیتیوم، که توسط پروفسور بازنشسته «دونالد سادووی» (Donald Sadoway) از MIT و مدیرعامل «امیلی بودوئن» (Emilie Bodoin) تأسیس شده است، روش‌های سنتی اکستروژن را دور زده است. به جای خرید فویل لیتیوم از پیش ساخته شده – که گران است و مستعد ناخالصی‌های سطحی است – این شرکت یک فرآیند رسوب‌دهی الکتریکی «از آب نمک تا باتری» (Brine to Battery) را توسعه داده است.

این رویکرد یکپارچه عمودی، یک الکترود لیتیوم فلزی فوق‌العاده نازک و بسیار خالص را مستقیماً از آب نمک خام لیتیوم ایجاد می‌کند. با کنترل رسوب در سطح اتمی و جفت کردن آن با یک الکترولیت اختصاصی، این سیستم نحوه پوشش‌دهی و جداسازی لیتیوم در طول چرخه را تغییر می‌دهد و به طور مؤثری از هسته‌زایی دندریت جلوگیری کرده و لایه SEI را تثبیت می‌کند.[1][7]

در صنعت ذخیره‌سازی انرژی، معیار نهایی، هزینه سطح‌بندی شده ذخیره‌سازی (LCOS) است – یعنی کل هزینه یک سیستم باتری تقسیم بر کل انرژی‌ای که در طول عمر خود ارائه می‌دهد. از آنجایی که طول عمر چرخه بزرگترین عامل تعیین‌کننده LCOS است، افزایش طول عمر باتری مستقیماً هزینه انرژی ذخیره شده توسط آن را کاهش می‌دهد.[1][4]

در حال حاضر، LCOS برای سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی باتری لیتیوم-یون حدود ۰.۰۴ تا ۰.۰۶ دلار به ازای هر کیلووات ساعت (۰.۳ تا ۰.۴ یوان چین/کیلووات ساعت) است. پیور لیتیوم تخمین می‌زند که باتری ۹,۳۱۵ چرخه‌ای آن می‌تواند هزینه سطح‌بندی شده را تا ۷۵٪ کاهش دهد.[1][4]

اگر در مقیاس بزرگ تأیید شود، این کاهش هزینه بازارهایی را باز می‌کند که به طور سنتی برای فناوری لیتیوم فلزی دور از دسترس بوده‌اند. ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس شبکه، که برای متعادل‌سازی انرژی تجدیدپذیر متناوب به دهه‌ها چرخه‌زنی روزانه نیاز دارد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می‌شود. مراکز داده و خودروهای برقی نیز می‌توانند شاهد افزایش چشمگیر طول عمر عملیاتی خود باشند.[1][2]

فراتر از عملکرد، این فناوری یک آسیب‌پذیری ژئوپلیتیکی حیاتی را برطرف می‌کند. باتری «آند پیشرفته» نیازی به گرافیت، کبالت، نیکل یا منگنز ندارد. با حذف این مواد، باتری می‌تواند به طور کامل در آمریکای شمالی با استفاده از لیتیوم محلی تولید شود و زنجیره‌های تأمین فرآوری گرافیت و کاتد تحت سلطه چین را دور بزند.

با این حال، نکات احتیاطی مهمی در بسته شواهد باقی می‌ماند. نقطه عطف ۹,۳۱۵ چرخه در یک محیط آزمایشگاهی کنترل شده به دست آمده است. تبدیل پایداری الکتروشیمیایی در مقیاس آزمایشگاهی به بسته‌های باتری تجاری چند گیگاوات ساعتی تولید انبوه، متغیرهای مهندسی کاملاً جدیدی را معرفی می‌کند، از جمله مدیریت حرارتی در مقیاس بزرگ و تحمل عیوب تولید.[1][7]

علاوه بر این، در حالی که معیارهای طول عمر چرخه و عمق دشارژ بی‌سابقه هستند، تأیید مستقل شخص ثالث در مورد چگالی انرژی ویژه (وات ساعت/کیلوگرم) حفظ شده در چرخه ۹,۰۰۰ هنوز در یک مجله داوری شده منتشر نشده است. صنعت قبل از پذیرش این فناوری برای کاربردهای حیاتی شبکه یا خودرو، به آزمایش‌های خارجی جامع نیاز خواهد داشت.[7]

با وجود این ناشناخته‌ها، داده‌ها یک مورد قانع‌کننده را ارائه می‌دهند مبنی بر اینکه مکانیسم‌های تخریب اساسی فلز لیتیوم در سطح سلول حل شده‌اند. اگر فرآیند تولید طبق ادعا مقیاس‌پذیر باشد، انتقال از لیتیوم-یون به لیتیوم-فلز ممکن است بسیار سریع‌تر از حد انتظار رخ دهد.[7]