Μικρές Ρυθμίσεις για Μεγάλες Αλλαγές – Είναι οι Υφές Μαλακών Μετάλλων μια Επανάσταση στις Μπαταρίες;

Οι μπαταρίες είναι πανταχού παρούσες. Η σύγχρονη τεχνολογική μας εποχή δεν μπορεί να προοδεύσει ή να ευημερήσει χωρίς αποτελεσματικά κατασκευασμένες, αποδοτικές μπαταρίες. Οι μπαταρίες είναι παρούσες στα Ηλεκτρικά Οχήματα, τις κινητές συσκευές, την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας και πολλά άλλα. 

Αν κοιτάξουμε τα νούμερα ανάπτυξης, το δυναμικό είναι εκθετικό. Μεταξύ 2022 και 2030, η παγκόσμια ζήτηση για μπαταρίες λιθίου-ιόντων, για παράδειγμα, αναμένεται να αυξηθεί σχεδόν επτά φορές, φθάνοντας τα 4,7 τεραβατ-ώρες το 2030. 4.7 terawatt-hours in 2030. Οι ειδικοί της αγοράς αποδίδουν ένα σημαντικό τμήμα αυτής της ανάπτυξης στην αυξανόμενη δημοτικότητα των Ηλεκτρικών Οχημάτων, τα οποία εξαρτώνται σημαντικά από μπαταρίες λιθίου-ιόντων. Το 2024, τα EV αντιπροσώπευαν πάνω από το 80 τοις εκατό της παγκόσμιας ζήτησης μπαταριών λιθίου-ιόντων. 

Η υποστήριξη αυτής της εξαιρετικής ανάπτυξης θα απαιτούσε την κλιμάκωση της παραγωγής μπαταριών. Και αυτή η κλιμάκωση της παραγωγής μπορεί να υποστηριχθεί μόνο από καινοτομία. Τα καλά νέα είναι ότι ερευνητές παγκοσμίως εργάζονται γι’ αυτό. Εξερευνούν συνεχώς νέα υλικά, σχέδια, διαμορφώσεις και χημεία. 

Ωστόσο, είναι επίσης κρίσιμο να ελέγχουμε συνεχώς αν αυτές οι εξερευνήσεις βελτιστοποιούν τους διαθέσιμους πόρους. Και σε αυτήν την επιθεώρηση, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η υφή των μετάλλων είναι κάτι που παραδοσιακά παραβλέπεται. 

Καθώς εξηγούσαν τη συγκεκριμένη φύση αυτής της παραμέλησης, η UChicago PME Prof. Shirley Meng, η Liew Family Professor in Molecular Engineering, είχε τα εξής να πει:

«Υπάρχει ένα κενό στην κατανόηση του προσανατολισμού των κρυστάλλων, γνωστού και ως υφή, πώς τέτοιος παράγοντας επηρεάζει την απόδοση των επαναφορτιζόμενων μεταλλικών μπαταριών». 

Η λύση προέρχεται από το Εργαστήριο Αποθήκευσης και Μετατροπής Ενέργειας της Meng και τον βιομηχανικό της εταίρο, Thermo Fisher Scientific. Πιο συγκεκριμένα, προέρχεται από ένα άρθρο που έγραψαν η Meng και οι συνεργάτες της. Το άρθρο έχει τίτλο «Grain Selection Growth of Soft Metal in Electrochemical Processes». 

Πειραματισμός προς Καλύτερη Υφή για Καλύτερες Μπαταρίες

Με τον όρο «υφή», οι ερευνητές αναφέρονται στον προσανατολισμό των κρυστάλλων που είναι ευθυγραμμισμένος σε συγκεκριμένη κατεύθυνση αντί για τυχαία κατανομή. Η διασπορά ηλεκτρονίων με δόνηση ιόντων εστιασμένη σε πλάσμα (PFIB-EBSD) βοηθά στον χαρακτηρισμό της υφής του μετάλλου υπό διάφορες συνθήκες ηλεκτροχημικής επικάλυψης και απομάκρυνσης. 

Στην μελέτη¹, οι ερευνητές τόνισαν τον ανταγωνισμό της επιφανειακής ενέργειας και της ενέργειας παραμόρφωσης για το σχηματισμό της υφής των αλκαλικών μετάλλων. Πιο συγκεκριμένα, προσπάθησαν να κατανοήσουν πώς η κυριαρχία της ατομικής διάχυσης και της επιφανειακής ενέργειας των αλκαλικών μετάλλων πάνω από την ανάπτυξη επιλογής κρυστάλλων κατά τις ηλεκτροχημικές διαδικασίες λειτουργεί ως κλειδί για την εξήγηση των κινητικών περιορισμών των στερεών μπαταριών με μεταλλικούς άνοδος, ιδιαίτερα σε θερμοκρασία δωματίου. Ο τελικός στόχος αυτής της έρευνας και των προκύπτοντων γνώσεων ήταν η επίτευξη επιθυμητών υφών μέσω μηχανικής διεπαφής για τη βελτίωση της αποδοτικότητας επικάλυψης/απομάκρυνσης σε υψηλές πυκνότητες ρεύματος.

Οι ερευνητές πραγματοποίησαν μια σειρά βημάτων στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν ποια θα μπορούσε να είναι η τέλεια υφή για μεταλλικές μπαταρίες. Χαρακτήρισαν την υφή του μαλακού μετάλλου υπό διάφορες συνθήκες, ανέπτυξαν μια θερμοδυναμική θεωρία και μοντέλο πεδίου φάσης για το σχηματισμό της υφής, εντόπισαν επιθυμητές υφές για τη βελτίωση της αποδοτικότητας επικάλυψης/απομάκρυνσης και – τελικά – σχεδίασαν ένα διεπαφικό στρώμα για επιθυμητή ανάπτυξη κρυστάλλων. 

Τι Κατέκτησε η Έρευνα;

Με τα λόγια της UChicago PME Research Assoc. Prof. Minghao Zhang, πρώτης συγγραφέα της νέας εργασίας, οι ερευνητές «ανακάλυψαν ότι η προσθήκη μιας λεπτής στρώσης πυριτίου μεταξύ του λιθίου μετάλλου και του συλλέκτη ρεύματος βοηθά στη δημιουργία της επιθυμητής υφής». 

Οι ερευνητές συμπέρασαν ότι η «αλλαγή βελτίωσε τη δυνατότητα ταχύτητας της μπαταρίας σχεδόν δέκα φορές σε όλες τις στερεές μπαταρίες με χρήση λιθίου μετάλλου». 

Αλλά τι οδήγησε τους ερευνητές να ανακαλύψουν τι ήταν σωστό και βέλτιστο; 

Οι ερευνητές ξεκίνησαν με την υπόθεση ότι η ιδανική υφή για έναν άνοδο μπαταρίας θα ήταν αυτή όπου τα άτομα θα μπορούσαν να κινηθούν γρήγορα κατά μήκος του επιφανειακού επιπέδου, καθώς η ταχύτερη κίνηση βοηθά τις μπαταρίες να φορτίζονται και να αποφορτίζονται πιο γρήγορα. Για να αλλάξει η υφή, αυτό που είχε σημασία ήταν οι διαφορές στην επιφανειακή ενέργεια του μαλακού μετάλλου. 

Σύμφωνα με τον Καθηγητή Minghao Zheng:

«Δεδομένου ότι οι μπαταρίες με λιθίου ή νατρίου μέταλλο βασίζονται σε αυτές τις υφές για προτιμώμενη δυνατότητα ταχύτητας, η ομάδα αναρωτήθηκε αν η ρύθμιση της υφής των μαλακών μετάλλων θα μπορούσε να βελτιώσει τις πυκνότητες ισχύος». 

Η επίτευξη του στόχου εξαρτιόταν σε μεγάλο βαθμό από τη αποτελεσματική χρήση μικροσκοπικής τεχνολογίας, η οποία περιελάμβανε επεξεργασία μέσα σε μικροσκόπιο ιόντων εστιασμένο σε πλάσμα-σάρωση ηλεκτρονίων (PFIB-SEM) με χαρτογράφηση διασποράς ηλεκτρονίων (EBSD). Ο αποδοτικός συνδυασμός αυτών των δύο μεθόδων θα μπορούσε να βοηθήσει στη μελέτη της υφής με νέους τρόπους. 

Καθώς επεξήγησαν τη χρησιμότητα της τεχνολογίας μικροσκοπίου που χρησιμοποιήθηκε στην έρευνα, ο συν-συγγραφέας της μελέτης Zhao Liu, Senior Market Development Manager of Thermo Fisher Scientific, είπε τα εξής:

«Ο συνδυασμός PFIB-EBSD είναι κατάλληλος για αυτή τη μελέτη, καθώς το PFIB μπορεί να προσπελάσει αποτελεσματικά την περιοχή ενδιαφέροντος μέσα στο στοίβα κελιών, παράγοντας μια υψηλής ποιότητας επιφάνεια με ελάχιστα ελαττώματα, ενώ το EBSD παρέχει λεπτομερείς πληροφορίες υφής για το μαλακό μέταλλο». 

Εκτός από τον βιομηχανικό του εταίρο, οι ερευνητές συνεργάστηκαν επίσης με το Frontier Research Laboratory της LG Energy Solution, με στόχο την εμπορευματοποίηση της τεχνολογίας. 

Σύμφωνα με τον Ανώτερο Ερευνητή της LG Energy Solution, Jeong Beom Lee, η έρευνα θα βοηθήσει στην ανάπτυξη μπαταριών επόμενης γενιάς για ηλεκτρικά οχήματα και εφαρμογές αποθήκευσης ενέργειας. 

Τι Σκοπεύουν να Κάνουν Περαιτέρω οι Ερευνητές;

Προχωρώντας μπροστά, οι ερευνητές έχουν δύο σαφείς στόχους. Πρώτον, θέλουν να μειώσουν την πίεση που χρησιμοποιείται κατά τη δοκιμή από 5 μεγαπασκάλ (MPa) σε 1 MPa, το τρέχον βιομηχανικό πρότυπο για εμπορικά διαθέσιμες μπαταρίες. Δεύτερον, θέλουν να εξετάσουν την επίδραση της υφής στο νάτριο, το οποίο, σύμφωνα με τα ευρήματα της Meng, έχει τη δυνατότητα να αναδειχθεί ως φθηνή, άμεσα διαθέσιμη εναλλακτική λύση στο λίθιο. 

Άλλες Έρευνες για Υλικά Μπαταριών Li-ion

Ενώ η τρέχουσα έρευνα παρουσιάζει μια επανάσταση, παρόμοιες ερευνητικές προσπάθειες δεν είναι σπάνιες. Μια επισκόπηση της έρευνας που έγινε σε τέτοιες μπαταρίες – δημοσιευμένη στο Materials Today – τόνισε το γεγονός ότι, παρόλο που οι μπαταρίες Li-ion είχαν σαφή πλεονεκτήματα ως μπαταρίες υψηλής ενεργειακής πυκνότητας, μεγάλης διάρκειας κύκλου και υψηλής αποδοτικότητας, η έρευνα συνέχισε σε νέα υλικά ηλεκτροδίων για να ωθήσει τα όρια του κόστους, της ενεργειακής πυκνότητας, της πυκνότητας ισχύος, της διάρκειας κύκλου και της ασφάλειας. 

Καθώς οι ερευνητές εξέταζαν τις υποσχόμενες επιλογές υλικών άνοδος και καθόδου που ήταν διαθέσιμες, διαπίστωσαν ότι πολλά από αυτά αντιμετώπιζαν προβλήματα περιορισμένης ηλεκτρικής αγωγιμότητας, αργής μεταφοράς Li, διάλυσης ή άλλων δυσμενών αλληλεπιδράσεων με το ηλεκτρολύτη, χαμηλής θερμικής σταθερότητας, μεγάλης διαστολής όγκου και μηχανικής ευθραυστότητας. Οι διαθέσιμες λύσεις σε αυτά τα προβλήματα περιλάμβαναν την εισαγωγή καθόδου διαποτισμού στην αγορά. Ωστόσο, η ταχύτητα με την οποία η τεχνολογία υλικού μετατροπής προχωρούσε στην εμπορευματοποίηση ήταν αργή. 

Μιλώντας για εμπορευματοποίηση και κλιμάκωση, θα πρέπει τώρα να προχωρήσουμε προς τις εταιρείες που μπορούν να πετύχουν πολλά μέσω τέτοιων υψηλού επιπέδου τεχνολογικών ερευνών. 

1. Samsung

Τον Αύγουστο του 2024, η Samsung SDI της Νότιας Κορέας ολοκλήρωσε μια συμφωνία με τη General Motors για την κατασκευή κοινής εργοστασίου μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων στην πολιτεία Indiana των ΗΠΑ. Μέσω αυτής της συμφωνίας, οι δύο εταιρείες αποφάσισαν να χτίσουν από κοινού ένα εργοστάσιο κατασκευής κυψελών μπαταριών με ετήσια παραγωγική ικανότητα 27 γιγαβατ-ώρες. 

Προηγουμένως, το 2022, η Samsung SDI Co., η έκτη μεγαλύτερη κατασκευάστρια μπαταριών παγκοσμίως, και ο πολυεθνικός κατασκευαστής αυτοκινήτων Stellantis N.V., με έδρα την Ολλανδία, είχαν επιλέξει την πολιτεία Indiana ως τοποθεσία για ένα κοινό εργοστάσιο μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων στις ΗΠΑ. 

Ο κατασκευαστής στόχευε στην παραγωγή 23 γιγαβατ-ώρες (GWh) πρισματικών κυψελών μπαταριών και μονάδων ετησίως, σύμφωνα με το σχέδιο για το πρώτο εξάμηνο του 2025 για τα εργοστάσια αυτοκινήτων της Stellantis στη Βόρεια Αμερική. 

Όσον αφορά την παραγωγή μπαταριών, η Samsung SDI εξυπηρετεί μια σειρά λύσεων, συμπεριλαμβανομένων των Ηλεκτρικών Οχημάτων, Συστημάτων Αποθήκευσης Ενέργειας, Μικροκινητικότητας, Συσκευών Ισχύος και Συσκευών Πληροφορικής. 

Για EVs και PHEVs, η εταιρεία κατασκευάζει μπαταρίες υψηλής χωρητικότητας, υψηλής ενεργειακής πυκνότητας και γρήγορης φόρτισης, με ηγετική θέση στην μαζική παραγωγή στερεών μπαταριών. Για λύσεις αποθήκευσης ενέργειας, η Samsung SDI προσφέρει προϊόντα μπαταριών που κυμαίνονται από οικιακές λύσεις και λύσεις κοινής ωφέλειας, εμπορικές και βιομηχανικές λύσεις ενσωματωμένες με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας έως λύσεις αδιάλειπτης παροχής ενέργειας (UPS).

Στη μικροκινητικότητα, η Samsung SDI κατασκευάζει μπαταρίες για μικρές, ελαφριές μεταφορές τελευταίου μιλίου που έρχονται με τη μορφή ηλεκτρικών σκούτερ, ηλεκτρικών ποδηλάτων και ηλεκτρικών σκούτερ. Σε αυτό το τμήμα, η εταιρεία αξιοποιεί υλικά υψηλού επιπέδου και τεχνολογίες εξαρτημάτων για να δημιουργήσει τις καλύτερες διαθέσιμες μπαταρίες. 

Για ηλεκτρικά ποδήλατα, η Samsung SDI κατασκευάζει μπαταρίες με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και ασφάλεια. Αυτές οι μπαταρίες είναι πιο λεπτές και ελαφρύτερες. 

Για ηλεκτρικά δίτροχα οχήματα – όπως ηλεκτρικά σκούτερ και ηλεκτρικά μοτοποδήλατα – η Samsung SDI αναπτύσσει κυλινδρικές μπαταρίες. Αυτές είναι μπαταρίες κατασκευασμένες με υλικά υψηλής χωρητικότητας, μοναδικά δομικά σχέδια και συνεπή ποιότητα, καθιστώντας τις μπαταρίες ασφαλείς και κατάλληλες για κορυφαία απόδοση, μεγάλη διάρκεια ζωής μπαταρίας και ασφάλεια. 

Για συσκευές ισχύος, η Samsung SDI διαθέτει μπαταρίες υψηλής εξόδου και υψηλής χωρητικότητας. Παρέχει επίσης βέλτιστες λύσεις μπαταριών OPE με υψηλή ενεργειακή πυκνότητα, σταθερή παροχή ισχύος και μεγάλη διάρκεια ζωής μπαταρίας. Κατασκευάζει επίσης μπαταρίες με διαφοροποιημένη χωρητικότητα και έξοδο. Τέλος, η Samsung SDI παράγει επίσης εξαιρετικά λειτουργικές και μακράς διάρκειας μπαταρίες για συσκευές Πληροφορικής, συμπεριλαμβανομένων των smartphones και φορητών συσκευών. 

Τον Ιανουάριο του 2025, η Samsung ανακοίνωσε τα αποτελέσματα του τέταρτου τριμήνου και του πλήρους έτους 2024 με ετήσια έσοδα 16,59 τρισεκατομμύρια KRW (11,55 δισεκατομμύρια $) και ετήσιο λειτουργικό κέρδος 363,3 δισεκατομμύρια KRW εν μέσω επιβράδυνσης της αγοράς. Στο τέταρτο τρίμηνο, τα έσοδα της εταιρείας ανήλθαν σε 3,75 τρισεκατομμύρια KRW, σημειώνοντας ρεκόρ υψηλών εσόδων στην επιχείρηση μπαταριών ESS. 

2. LG Energy Solutions

Τον Δεκέμβριο του 2024, η LG Energy Solutions ξεκίνησε διαπραγματεύσεις με την ινδική JSW Energy για την κατασκευή μπαταριών για ηλεκτρικά οχήματα και αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας σε μια κοινοπραξία που θα απαιτήσει επένδυση άνω των 1,5 δισεκατομμυρίων δολαρίων. Σύμφωνα με δημόσια διαθέσιμες αναφορές, οι δύο εταιρείες υπέγραψαν μια αρχική συμφωνία για τη δημιουργία ισότιμης συνεργασίας, στην οποία η LGES θα συνεισφέρει την τεχνολογία και τον εξοπλισμό για την κατασκευή μπαταριών, ενώ η JSW θα επενδύσει χρήματα, δήλωσε μία από τις πηγές. 

Γενικά, η εταιρεία είναι γνωστή για μπαταρίες Energy Storage Solution (ESS) και προχωρημένες αυτοκινητοβιομηχανικές μπαταρίες. Η division ESS προσφέρει προϊόντα υψηλής ενέργειας και υψηλής εξόδου για δίκτυα ενέργειας και διαφοροποιημένα οικιακά προϊόντα. Αυτές οι μπαταρίες παράγονται με τεχνολογία κυψελών μπαταριών πρώτης κατηγορίας, προερχόμενη από την εφαρμογή προχωρημένων διαδικασιών λαμαρίσματος και στοίβαξης, μια ιδιόκτητη τεχνολογία της LG. 

Αυτές οι μπαταρίες διαθέτουν ομοιόμορφη ενεργειακή απόδοση, μεγάλη διάρκεια ζωής μπαταρίας και σταθερή δομή. Οι μπαταρίες LG ESS έχουν επίσης βελτιωμένη χωρική αποδοτικότητα μέσω συμπαγούς μεγέθους. Εφαρμόζοντας κυψέλες μπαταριών πολυμερούς υψηλής χωρητικότητας και υπερλεπτής, στην ανάπτυξη δικτύου και οικιακού ESS, η εταιρεία παράγει λεπτά προϊόντα που μεγιστοποιούν τη χρήση του χώρου και απαιτούν ελάχιστο χώρο εγκατάστασης. 

Η LG Energy Solutions είναι επίσης ο κορυφαίος προμηθευτής κυψελών, μονάδων, BMS (Συστήματος Διαχείρισης Μπαταρίας) και προϊόντων πακέτων για μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων. Οι λύσεις περιλαμβάνουν μπαταρίες υψηλής ενεργειακής πυκνότητας που είναι ελαφριές και φορτίζονται γρήγορα. 

Οι διάφορες διαστάσεις που προσφέρουν αυτές οι μπαταρίες εξασφαλίζουν τη μεγιστοποίηση του χώρου, λύνοντας το πρόβλημα της περιορισμένης διαθεσιμότητας χώρου στα εμπορικά οχήματα. Οι μπαταρίες τύπου pouch μπορούν να παραχθούν σε διάφορα μήκη και πλάτη και είναι ευνοϊκές για την ενίσχυση της χωρητικότητας της μπαταρίας και τη βελτιστοποίηση. 

Την τελευταία εβδομάδα του Ιανουαρίου 2025, η LG Energy Solution ανακοίνωσε τα κέρδη του τέταρτου τριμήνου και του πλήρους έτους. Για το πλήρες έτος, η εταιρεία ανέφερε ενοποιημένα έσοδα 25,6 τρισεκατομμύρια KRW και λειτουργικό κέρδος 575,4 δισεκατομμύρια KRW, με ετήσια μείωση κατά 24,1 τοις εκατό και 73,4 τοις εκατό, αντίστοιχα. Το περιθώριο λειτουργικού κέρδους ήταν 2,2 τοις εκατό, συμπεριλαμβανομένου του αποτελέσματος του φορολογικού πιστώματος IRA. 

Το Μέλλον των Μπαταριών

Το μέλλον της τεχνολογίας μπαταριών και της διαχείρισης μπαταριών θα επιδιώξει βελτιώσεις σε πολλούς τομείς. Θα στοχεύει σε βελτιωμένη ειδική ενέργεια και ενεργειακή πυκνότητα (περισσότερη ενέργεια αποθηκευμένη ανά όγκο/βάρος), μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, μικρότερη εύφλεκτοτητα, μικρότερη ανάγκη χρόνου για πλήρη φόρτιση της μπαταρίας και μειωμένο εξοικονομημένο κόστος ενέργειας (LOCE). 

Οι ερευνητές έχουν εξετάσει την τεχνολογική πορεία των μπαταριών Li-ion για την περίοδο 2019-2030. Αναφέρθηκαν σε τέσσερις τύπους πιθανών τεχνολογικών διατάξεων: συμβατικές Li-ion, άνοδο Gr-Si ή κάθοδο Hi-Ni, στερεές μπαταρίες και λιθίου-θειούχου/αέρα. Οι αριθμοί υποδηλώνουν ότι οι νέες τεχνολογίες μπαταριών θα υπερβούν τις συμβατικές Li-ion την επόμενη δεκαετία. 

Η εμφάνιση νέων τεχνολογιών μπαταριών θα επανεξετάσει την επιλογή υλικών κάθοδος και άνοδος. Για παράδειγμα, μια μπαταρία που χρησιμοποιεί κάθοδο LFP έχει χαμηλότερη ενεργειακή πυκνότητα από αυτή που χρησιμοποιεί NMC. Η επιλογή υλικού κάθοδος είναι σημαντική, καθώς επηρεάζει σημαντικά την ειδική ενέργεια σε επίπεδο πλήρους κυψέλης. 

Η επιλογή υλικού άνοδος είναι επίσης κρίσιμη. Το υλικό άνοδος, συνήθως γραφίτης, παρέχει χώρο για τα ιόντα λιθίου όταν η μπαταρία φορτίζεται. Ο αριθμός των αποθηκευμένων ιόντων λιθίου συνδέεται άμεσα με το πόση ηλεκτρική ενέργεια αποθηκεύεται. 

Οι ερευνητές βλέπουν μια σταδιακή μετάβαση στην τεχνολογία κάθοδος, μεταβαίνοντας από ένα τυπικό ποσοστό Ni 50% προς 80% και 90%, αντίστοιχα, για μπαταρίες NMC και NCA. Για να ανταποκριθούν στις ανάγκες της χωρητικότητας που παρέχουν οι κάθοδος υψηλού ποσοστού Ni, η προσθήκη μικρής ποσότητας οξειδίων πυριτίου ή καθαρού πυριτίου στις άνοδος γραφίτη κερδίζει έδαφος μεταξύ των κατασκευαστών κυψελών, σύμφωνα με αναφορές. 

Οι πέντε νέες τεχνολογίες μπαταριών που αναμένεται να επαναπροσδιορίσουν το μέλλον περιλαμβάνουν μπαταρίες NanoBolt λιθίου-βανδαλίου, μπαταρίες οξειδίου ψευδαργύρου-μαγγανίου, μπαταρίες ηλεκτρολύτη οργανικού πυριτίου, μπαταρίες ηλεκτρολύτη γέλης χρυσών νανο-νήματος και μπαταρίες TankTwo String Cell™. 

Οι μπαταρίες NanoBolt λιθίου-βανδαλίου, για παράδειγμα, φορτίζονται πιο γρήγορα και αποθηκεύουν περισσότερη ενέργεια. Οι μπαταρίες οξειδίου ψευδαργύρου-μαγγανίου μπορούν να λειτουργήσουν αποτελεσματικά ως εναλλακτική λύση στις μπαταρίες λιθίου-ιόντων και μολύβδου-οξέος, ιδιαίτερα για αποθήκευση ενέργειας μεγάλης κλίμακας για την υποστήριξη των εθνικών δικτύων ηλεκτρισμού. 

Οι καθηγητές χημείας του Πανεπιστημίου Wisconsin-Madison, Robert Hamers και Robert West, έχουν αναπτύξει υγρά διαλύτες βασισμένους σε οργανικό πυρίτιο (OS) που μπορούν να σχεδιαστούν σε μοριακό επίπεδο για βιομηχανικές, στρατιωτικές και καταναλωτικές αγορές μπαταριών Li-ion. 

Καθώς πειραματίζονταν με γέλες, που δεν είναι τόσο εύφλεκτες όσο τα υγρά, ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Irvine, προσπάθησαν να επικαλύψουν χρυσά νάννο-νήματα με διοξείδιο του μαγγανίου και στη συνέχεια να τα καλύψουν με γέλη ηλεκτρολύτη. 

Ενώ τα νάννο-νήματα είναι συνήθως πολύ ευαίσθητα για χρήση σε μπαταρίες, αυτές οι λύσεις έχουν γίνει ανθεκτικές, και το παραγόμενο ηλεκτρόδιο, όπως διαπίστωσαν οι ερευνητές, πέρασε από 200.000 κύκλους χωρίς να χάσει την ικανότητά του να διατηρεί φόρτιση. Αυτό συγκρίνεται με 6.000 κύκλους σε μια συμβατική μπαταρία. 

Η μπαταρία String Cell™ περιείχε μια συλλογή μικρών ανεξάρτητων αυτοοργανωμένων κυψελών. Κάθε string cell αποτελούνταν από ένα πλαστικό περίβλημα καλυμμένο με αγώγιμο υλικό που του επέτρεπε να δημιουργεί γρήγορα και εύκολα επαφή με άλλες. Μια εσωτερική μονάδα επεξεργασίας ελέγχει τις συνδέσεις στο ηλεκτροχημικό κύτταρο. 

Για να διευκολυνθεί η γρήγορη φόρτιση ενός EV, οι μικρές σφαίρες που περιέχονται στην μπαταρία απομακρύνονταν και αντικαθίσταντο με επαναφορτισμένες κυψέλες στο σταθμό εξυπηρέτησης. Στο σταθμό, οι κυψέλες μπορούσαν να επαναφορτιστούν εκτός αιχμής. 

Με όλες αυτές τις λύσεις στη διάθεσή μας, αρκετές επαναστάσεις στις μπαταρίες μας περιμένουν στο μέλλον.