باتری‌های لیتیوم یون، ۷۰ درصد از کل دستگاه‌های قابل شارژ در اندازه‌ها و دامنه‌های مختلف از وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا تلفن‌های هوشمند و دستگاه‌های ذخیره‌سازی انرژی در مقیاس بزرگ را تغذیه می‌کنند.

در حالی که این فناوری تقریبا در زندگی روزمره ما فراگیر شده است اما هنوز موارد زیادی در مورد فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی تغذیه‌کننده باتری‌های لیتیوم یون نمی‌دانیم.

تاکنون، بسیاری از جنبه‌های طراحی باتری لیتیوم یون از طریق آزمون و خطا به دست آمده است و پژوهشگران الکترودها و الکترولیت‌ها را تغییر داده‌اند و به پیکربندی‌هایی تولید بیشتر انرژی، توان، سرعت شارژ و عمر باتری توجه کرده‌اند و از این یافته‌ها برای هدایت فرآیندهای طراحی بدون درک کامل علم نهفته در آنها استفاده می‌کنند.

هرچند در سطح پایه می‌دانیم که هنگام شارژ مجدد باتری لیتیوم یون چه اتفاقی می‌افتد، اما موارد زیادی در مورد واکنش آنها ناشناخته مانده است. خود واکنش نسبتا ساده است و می‌تواند در یک محلول مایع یا یک الکترود جامد رخ دهد. در هر صورت، یون‌های لیتیوم به شکل الکترولیت تشکیل می‌شوند و سپس در حین دشارژ باتری، بر اساس شرایط، خود را در محلول یا الکترود قرار می‌دهند. هنگام شارژ، یون‌ها از جای خود خارج شده و به الکترولیت باز می‌گردند؛ این فرآیند هزاران بار در طول عمر باتری تکرار می‌شود.

سرویس خبری موسسه فناوری ماساچوست (MIT News) در مقاله‌ منتشر شده در اوایل ماه جاری نوشت: میزان توانی که باتری می‌تواند تولید کند و سرعت شارژ آن به سرعت وقوع این واکنش بستگی دارد. با این حال، اطلاعات کمی در مورد مکانیسم دقیق این واکنش یا عواملی که سرعت آن را کنترل می‌کنند، وجود دارد.

البته پژوهشگران در پژوهش جدید خود در تلاش هستند تا با مشاهده فرایند بین لایه‌ای در انواع مختلف باتری و مستندسازی دقیق شرایط خاصی که این واکنش‌ها را تسهیل می‌کنند، این وضعیت را تغییر دهند.

دانشمندان دریافتند که فرایند بین لایه‌ای که باتری‌های لیتیوم یون را شارژ می‌کند، با فرایند دیگری – انتقال یون الکترون جفت‌شده – کنترل می‌شود و در واقع یک الکترون در کنار یون لیتیوم به داخل الکترود حرکت می‌کند. این یافته می‌تواند به دانشمندان در طراحی مدل‌های باتری با شارژ بهتر و سریع‌تر کمک کند.

این پیشرفت می‌تواند به‌طور بالقوه تضمین کند که باتری‌های لیتیوم یونی در زمانی که سایر فناوری‌ها به سرعت در حال پیشرفت هستند، تسلط خود را در صنعت فناوری حفظ کنند. باتری‌های لیتیوم یونی، هرچند فوق‌العاده مفید محسوب می‌شوند، اما با مجموعه‌ای از پیامدهای منفی خارجی مرتبط هستند.

سایت اویل پرایس گزارش کرد، استخراج و تولید لیتیوم از نظر زیست‌محیطی مضر و نیازمند منابع بوده و همچنین از نظر ژئوپلیتیکی نیز با چالش‌هایی روبرو است، زیرا چین بخش بزرگی از زنجیره‌های تامین لیتیوم جهانی را کنترل می‌کند. به دلیل این معایب، سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه انواع باتری‌های جایگزین، از جمله باتری‌های پروتون، باتری‌های سدیم-یون و باتری‌های کوانتومی، رو به افزایش بوده است.