اختصاصی شبکه علمی ثریا- در چند دهه اخیر، تحقیقات باتری عمدتاً بر باتری‌های لیتیوم یون قابل شارژ متمرکز بوده است که در همه چیز از خودروهای الکتریکی گرفته تا وسایل الکترونیکی قابل حمل استفاده می‌شوند و از نظر مقرون‌به‌صرفه بودن و ظرفیت،  بهبود چشمگیری داشته‌اند. اما باتری‌های غیرقابل شارژ با وجود نقش مهمی که در بسیاری از کاربردهای مهم مانند دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت مانند ضربان‌ساز دارند، پیشرفت چندانی در این مدت نداشته‌اند. اکنون، محققان MIT راهی برای بهبود چگالی انرژی این باتری‌های غیرقابل شارژ یا «اولیه» ارائه کرده‌اند. آنها می گویند که می تواند تا ۵۰ درصد افزایش طول عمر مفید یا کاهش متناظر در اندازه و وزن را برای مقدار معینی از توان یا ظرفیت انرژی ایجاد کند و در عین حال ایمنی را با افزایش کم یا بدون افزایش هزینه، بهبود بخشد.

یکی از محققین می گوید، تعویض باتری در یک ضربان ساز یا سایر ایمپلنت های پزشکی نیاز به یک روش جراحی دارد، بنابراین هر گونه افزایش طول عمر باتری های آنها می تواند تأثیر قابل توجهی بر کیفیت زندگی بیمار داشته باشد. باتری‌های اولیه برای چنین کاربردهای ضروری مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا می‌توانند برای یک اندازه و وزن معین حدود سه برابر باتری‌های قابل شارژ انرژی ارائه کنند. او می‌افزاید که این تفاوت در ظرفیت، باتری‌های اولیه را برای برنامه‌هایی که امکان شارژ یا غیرعملی بودن آن ممکن نیست، حیاتی می‌کند. مواد جدید در دمای بدن انسان کار می کنند، بنابراین برای ایمپلنت های پزشکی مناسب هستند. علاوه بر دستگاه‌های قابل کاشت، با توسعه بیشتر برای کارکرد موثر باتری‌ها در دماهای پایین‌تر، کاربردها می‌توانند شامل حسگرهایی در دستگاه‌های ردیابی برای محموله‌ها نیز باشند، به عنوان مثال برای اطمینان از اینکه دما و رطوبت مورد نیاز برای محموله‌های غذا یا دارو به درستی در طول حمل و نقل حفظ می‌شوند. یا ممکن است در وسایل نقلیه هوایی یا زیرآبی که از راه دور کار می کنند استفاده شوند که باید برای مدت طولانی آماده استقرار باشند.

باتری های ضربان ساز معمولاً بین 5 تا 10 سال عمر می کنند و اگر به عملکردهای ولتاژ بالا مانند دفیبریلاسیون نیاز داشته باشند، حتی کمتر عمر می کنند. گائو می‌گوید با این حال، برای چنین باتری‌هایی، این فناوری بالغ در نظر گرفته می‌شود و در ۴۰ سال گذشته هیچ نوآوری عمده‌ای در شیمی سلولی بنیادی وجود نداشته است. کلید نوآوری تیم نوعی الکترولیت جدید است ، ماده ای که بین دو قطب الکتریکی باتری، کاتد و آند قرار دارد و به حامل های بار اجازه می دهد از یک طرف به طرف دیگر عبور کنند. این تیم با استفاده از یک ترکیب مایع فلوئوردار جدید، دریافتند که می توانند برخی از عملکردهای کاتد و الکترولیت را در یک ترکیب به نام کاتولیت ترکیب کنند. این باعث می‌شود تا بیشتر وزن باتری‌های اولیه معمولی صرفه‌جویی شود. در حالی که مواد دیگری به جز این ترکیب جدید وجود دارند که از نظر تئوری می توانند در یک نقش کاتولیت مشابه در یک باتری با ظرفیت بالا عمل کنند، این مواد دارای ولتاژ ذاتی کمتری هستند که با ولتاژ باقیمانده مواد در یک باتری ضربان ساز معمولی مطابقت ندارد. ، نوعی معروف به CFx.

از آنجایی که خروجی کلی باتری نمی تواند بیشتر از خروجی کمتر از دو ماده الکترود باشد، ظرفیت اضافی به دلیل عدم تطابق ولتاژ به هدر می رود. اما با توجه به مواد جدید، یکی از مزایای کلیدی مایعات فلوئوردار ما این است که ولتاژ آنها به خوبی با ولتاژ CFx هماهنگ است. در یک باتری معمولی CFx، الکترولیت مایع ضروری است زیرا به ذرات باردار اجازه می‌دهد از یک الکترود به الکترود دیگر عبور کنند. این الکترولیت‌ها در واقع از نظر شیمیایی غیرفعال هستند، بنابراین وزن آنها اساساً مرده است. این بدان معناست که حدود ۵۰ درصد از اجزای کلیدی باتری، عمدتاً الکترولیت، مواد غیرفعال هستند. اما در طراحی جدید با مواد کاتولیت فلوئوردار، مقدار وزن مرده را می توان تا حدود ۲۰ درصد کاهش داده است. سلول‌های جدید همچنین نسبت به دیگر انواع مواد شیمیایی پیشنهادی که از مواد کاتولیت سمی و خورنده استفاده می‌کنند، بهبودهای ایمنی را ارائه می‌کنند، که فرمول آنها چنین نیست و آزمایش‌های اولیه ماندگاری پایداری را در بیش از یک سال نشان داده‌اند که یک ویژگی مهم برای باتری‌های اولیه است.

تا کنون، این تیم هنوز به طور تجربی به بهبود کامل ۵۰ درصدی در چگالی انرژی که توسط تجزیه و تحلیل آنها پیش بینی شده بود، دست نیافته اند. گالانت می‌گوید که آنها ۲۰ درصد پیشرفت را نشان داده‌اند که به خودی خود یک دستاورد مهم برای برخی از برنامه‌ها خواهد بود. طراحی خود سلول هنوز به طور کامل بهینه نشده است، اما محققان می توانند عملکرد سلول را بر اساس عملکرد خود ماده فعال پیش بینی کنند. یکی دیگر از محققان می‌گوید: «ما می‌توانیم عملکرد پیش‌بینی‌شده در سطح سلول را هنگامی که مقیاس آن افزایش می‌یابد، ببینیم که می‌تواند به حدود ۵۰ درصد بالاتر از سلول CFx برسد. رسیدن به این سطح به صورت تجربی هدف بعدی تیم است.

یکی از مزیت‌های بزرگ این ماده جدید این است که می‌توان آن را به راحتی در فرآیندهای تولید باتری موجود ادغام کرد، به عنوان یک جایگزین ساده از یک ماده با ماده دیگر.بحث‌های اولیه با تولیدکنندگان این جایگزینی بالقوه آسان را تأیید می‌کند. ماده اولیه که برای اهداف دیگر استفاده می‌شود، قبلاً برای تولید افزایش یافته است و قیمت آن با موادی که در حال حاضر در باتری‌های CFx استفاده می‌شود قابل مقایسه است. او می گوید که هزینه باتری هایی که از مواد جدید استفاده می کنند احتمالاً با باتری های موجود نیز قابل مقایسه است.

محققان می‌گویند در ادامه مسیر، برنامه‌های کاربردی دیگر احتمالاً می‌توانند از مزایای مواد جدید نیز بهره ببرند، مانند کنتورهای هوشمند آب یا گاز که می‌توانند از راه دور خوانده شوند، یا دستگاه‌هایی مانند فرستنده‌های EZPass که طول عمر قابل استفاده‌شان را افزایش می‌دهند. قدرت هواپیماهای بدون سرنشین یا وسایل نقلیه زیردریایی به قدرت بالاتری نیاز دارد و بنابراین توسعه آن ممکن است زمان بیشتری ببرد. کاربردهای دیگر می‌تواند شامل باتری‌هایی برای تجهیزات مورد استفاده در مکان‌های دور افتاده باشد، مانند دکل‌های حفاری نفت و گاز، از جمله دستگاه‌هایی که برای نظارت بر شرایط به چاه‌ها فرستاده می‌شوند.