پیشرفت‌ها در زمینه باتری

مقدمه

تقاضا برای دستگاه‌های ذخیره ساز انرژی، یا همان باتری‌ها، در سال‌های اخیر رشد تصاعدی داشته است و سرمایه زیادی، به ویژه در این چند سال اخیر، به این صنعت سرازیر شده است. از آنجایی که جهان در حال جایگزینی انرژی سوخت‌های فسیلی با انرژی الکتریکی بدون آلاینده است، باتری‌ها به یک ابزار ذخیره ساز حیاتی برای تسهیل انتقال انرژی تبدیل شده‌اند.

باتری‌های لیتیوم یونی برای اولین بار در اوایل دهه 1990 میلادی به صورت تجاری ظاهر شدند و اکنون گزینه‌ای برای تامین انرژی بسیاری از وسایل از تلفن همراه گرفته تا خودروهای الکتریکی و هواپیماهای بدون سرنشین هستند.

تقاضا برای باتری‌های لیتیوم یون برای تامین انرژی خودروهای الکتریکی و ذخیره‌سازی انرژی به صورت فزاینده­ای در حال رشد است و به طوری که تنها  طی یک دهه از 0.5 گیگاوات ساعت ( در سال 2010) به حدود 526 گیگاوات ساعت افزایش یافته است. بر اساس گزارش بلومبرگ، پیش‌بینی می‌شود که تقاضا برای این باتری­ها تا سال 2030 حدود 17 برابر شود.

پیشرفت در فناوری باتری­های لیتیوم یون موجب شده است که باتری‌ها به یک جزء کلیدی در وسایل نقلیه نسل آینده تبدیل شوند. تحقیقات نوآورانه‌ای که در حال حاضر توسط چندین بخش از جمله مؤسسات دانشگاهی، دستگاه­های دولتی و خودروسازان در زمینه طراحی باتری انجام می‌شود، محرک اصلی این انقلاب فناوری است. در حالی که چندین چالش کلیدی هنوز وجود دارد، آینده صنعت وسایل نقلیه الکتریکی به طور فزاینده‌ای مثبت به نظر می‌رسد.

منابع و سرمایه گذاری زیادی در این صنعت وارد شده است. این نه تنها بر خود باتری‌ها تأثیر می‌گذارد، بلکه بر سایر صنایع متصل به باتری‌ها مانند فناوری‌های جدید استخراج، نوآوری در چرخه باتری، یکپارچه‌سازی و … نیز اثر می‌گذارد.

پیشرفت در فناوری باتری لیتیوم یون

در سال­های اخیر عملکرد باتری لیتیوم یون و ایمنی آن به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است. چگالی انرژی بیشتر، طول عمر بیشتر، شارژ سریع‌تر، افزایش ایمنی و روش‌های بازیافت جدید برخی از مواردی هستند که در زمینه باتری‌های لیتیوم یونی در حال بهبود و تغییر هستند.

شکل 1. پنج ویژگی کلیدی تکامل یافته در فناوری باتری

از آنجایی که باتری‌های لیتیوم یونی چگالی انرژی بالاتری نسبت به انواع دیگر باتری‌ها دارند، می‌توانند انرژی بیشتری را در حجم یا جرم یکسان ذخیره کنند، که امکان ایجاد باتری‌های کوچک‌تر و سبک‌تر با مدت زمان کار طولانی‌تر را فراهم کرده است.

همچنین، طول عمر بیشتر با ایجاد اصلاحاتی در ترکیب شیمیایی باتری‌ها و پیشرفت در فرآیند تولید آن‌ها امکان پذیر شده است.

باتری EV هیبریدی با شارژ سریع

یکی از نگرانی‌های اصلی که در حال حاضر مانع پذیرش گسترده فناوری‌های EV توسط مصرف‌کنندگان می‌شود، زمان شارژ آن‌ها است.  هرچند پیشرفت‌هایی برای کاهش زمان شارژ خودروهای برقی حاصل شده است، ولی هنوز مدل‌های تجاری فعلی نمی‌توانند از این نظر با خودروهای احتراق داخلی (ICE) رقابت کنند.

در واقع شارژ سریع‌تر باتری‌های EV نسبت به زمان سوخت‌گیری که یک وسیله نقلیه ICE نیاز دارد، به یک پیشرفت در فناوری باتری نیاز دارد. این پیشرفت می‌تواند موجب تمایل مصرف کننده به این وسایل نقلیه شود.

چندین شرکت تولیدکننده، فناوری شارژ سریع‌تری را راه‌اندازی کرده‌اند که باتری‌ها را قادر می‌سازد در عرض چند دقیقه به جای چند ساعت شارژ شوند.

موراند (Morand)، یک استارت آپ سوئیسی، یک فناوری باتری نوآورانه را معرفی کرده است که زمان شارژ خودروهای الکتریکی را به حدود 72 ثانیه کاهش می‌دهد. باتری ابتکاری این شرکت یک سیستم هیبریدی است که از هر دو فناوری باتری معمولی و فوق خازن استفاده می‌کند.

این فناوری که eTechnology نام دارد، 80 درصد شارژ را در 72 ثانیه فراهم می‌کند و می‌تواند یک وسیله نقلیه الکتریکی را تنها در 2.5 دقیقه تا 100 درصد شارژ کند. البته این باتری نمی‌تواند نیاز خودروهای برقی دوربرد را برآورده کند، این فناوری به طور ایده‌آل برای خودروهای کوچک شهری، دوچرخه‌های الکترونیکی و پهپادها مناسب است. از ویژگی­های مثبت این فناوری اینست که در دمای بالا همچنان کارآمد است.

همچنین برای شارژ و دشارژ سریع باتری‌های لیتیوم یونی از روش‌هایی برای کاهش اندازه ذرات مواد الکترود استفاده شده است. با این حال، کاهش اندازه ذرات یک نقطه ضعف در کاهش چگالی انرژی حجمی باتری‌ها دارد.

با توجه به این موضوع، یک تیم تحقیقاتی در دانشگاه Postech کره جنوبی موادی به عنوان الکترود باتری تولید کرده‌اند که دارای شارژ بسیار سریع‌تر و دوام بیشتری است. پروفسور بیونگ وو کانگ و دکتر مینکیونگ کیم از دپارتمان علوم و مهندسی مواد به همراه پروفسور وون ساب یون از دپارتمان علوم انرژی در دانشگاه سونگ کیونکوان تحقیقات بسیار جالبی انجام داده‌اند. یافته‌های آن‌ها منجر به تولید الکترودهایی برای باتری لیتیوم یون شد که در مدت زمان 18 ثانیه تا 54 درصد شارژ و در 6 دقیقه تا 90 دشارژ می‌شوند. پروفسور بیونگ وو کانگ بیان کرد که: همیشه یک مبادله بین چگالی انرژی کم و سرعت شارژ و دشارژ سریع به دلیل کاهش اندازه ذرات وجود دارد. این تحقیق پایه و اساس توسعه باتری‌های لیتیوم یونی را ایجاد کرده است باتری‌هایی که می‌توانند به سرعت شارژ و دشارژ شوند و به چگالی انرژی بالا و عملکرد طولانی مدت دست یابند.

بهبود ایمنی باتری‌های لیتیوم یون

ایمنی یکی از نگرانی‌های اصلی تولید کنندگان باتری EV است. باتری‌های لیتیوم یون می‌توانند آتش بگیرند، به خصوص اگر آسیب ببینند، البته این اتفاق نادراست. هر سال، شرکت‌ها مبالغ هنگفتی را صرف توسعه و آزمایش باتری‌های ایمن‌تر می‌کنند.

برای جلوگیری از گرمای بیش از حد و مشکلات آتش سوزی، راهکارهای ایمنی اجرا شده است.  برای مثال سنسورهای دما در باتری‌های جدید اکنون می‌توانند زمان داغ شدن باتری را تشخیص دهند و برای جلوگیری از آسیب یا آتش‌سوزی آن را خاموش کنند.

محققان دانشگاه استنفورد یک الکترولیت ابداع کرده‌اند که حتی در دمای بیش از 140 درجه فارنهایت نیز ضد حریق است. نقطه قوت این محلول، نمک لیتیوم اضافی در الکترولیت‌ها است. این تیم نمک لیتیوم (به ویژه LiFSI) را به یک الکترولیت مبتنی بر پلیمر اضافه کردند.

محتوای نمک لیتیوم در این الکترولیت از کمتر از نصف به 63 درصد وزنی افزایش می‌یابد. در حضور این الکترولیت، باتری‌های لیتیوم یون می‌توانند در دمای 212 درجه فارنهایت به کار خود ادامه دهند.

آشکارسازی شیمی لایه الکترولیت جامد (SEI) با اشعه ایکس

لایه غیرفعال SEI که در مرز بین الکترولیت و آند تشکیل می‌شود، برای بهبود چگالی انرژی بسیار مهم است. این لایه طی چرخه‌های شارژ و دشارژ باتری ایجاد می‌شود.

محققان مطالعه عمیقی را بر روی لایه الکترولیت جامد در باتری‌های لیتیوم یون در Nature Nanotechnology منتشر کردند و از شیمی پیچیده آن رونمایی کردند. رویکرد نوآورانه این تیم ترکیبی منحصر به ‌فرد از تکنیک‌های پیشرفته اشعه ایکس را برای ارائه یک ترکیب شیمیایی دقیق و بی‌سابقه از اجزای لایه SEI به‌کار برده است. این تحقیق جزئیات دقیقی از شیمی لایه SEI را نشان داد، که به دانشمندان آینده کمک می‌کند تا لایه‌های SEI بهبود یافته‌ای را در باتری‌های لیتیومی طراحی کنند.

سایر تحولات جدید

در چند سال گذشته دانشمندان زوایای تحقیقاتی گوناگونی را برای بهبود طراحی باتری و عناصر تکنولوژیکی مرتبط با خودروهای الکتریکی بررسی کرده‌اند و راه‌حل‌های نوآورانه‌ای را برای چندین چالش کلیدی در صنعت ارائه کرده‌اند.

فناوری‌های NAWA یک الکترود نانو لوله کربنی فوق‌العاده سریع طراحی کرده‌اند که به طور قابل‌توجهی توان باتری، ذخیره انرژی و چرخه عمر را افزایش می‌دهد. محققان دانشگاه فناوری چالمرز بر روی ترکیب باتری‌ها به عنوان عناصر ساختاری تمرکز کرده‌اند که می‌تواند وزن خودروهای الکتریکی را کاهش دهد.

پژوهشگران دانشگاه تگزاس باتری‌های بدون کبالت را بررسی کرده‌اند. از نکات مثبت این باتری اینست که بر مشکل  کمبود منابع این فلز حیاتی غلبه می‌کند. همچنین محققان فنلاند باتری‌های آند سیلیکونی ساخته‌اند. آی‌بی‌ام با مرسدس بنز برای توسعه باتری‌هایی با مواد استخراج شده از آب دریا کار می‌کند.

باتری‌های حالت جامد، لیتیوم-هوا، روی-هوا، لیتیوم-سولفور، باتری‌هایی با آند کربن سیلیکونی، باتری‌هایی با مواد کاتد سه تایی، مواد کاتدی غنی از لیتیوم، الکترولیت مقاوم در برابر ولتاژ بالا و جداکننده مقاوم در برابر دمای بالا در حال حاضر در حال تحقیق هستند که می‌توانند ایمنی، عملکرد و پایداری بهتری را نسبت به باتری‌های لیتیوم یون موجود در بازار ارائه دهند.

همچنین برای به حداقل رساندن ضایعات و حفاظت از منابع گرانبها، دانشمندان و تولیدکنندگان در حال ایجاد استراتژی‌های نوآورانه برای بازیافت باتری‌های لیتیوم یون هستند. این موضوع با افزایش استفاده از باتری‌های لیتیوم یون و به دلیل آسیب‌هایی که دفع آن‌ها به محیط‌زیست وارد می‌کند، حیاتی‌تر خواهد بود.

پیشرفت‌ در فناوری باتری را می‌توان در طیف وسیعی از راه‌های مختلف به دست آورد و بر چندین مؤلفه مختلف تمرکز کرد تا ویژگی‌های عملکردی خاصی از باتری ارائه شود. مسیرهای مختلفی وجود دارد که تکامل فناوری باتری می‌تواند طی کند، شرکت S&P Global سه جایگزین جدید برای باتری‌های لیتیوم یونی ارائه کرده است که در جدول زیر آورده شده است.

طرحی برای تولید باتری‌های نسل بعدی

فناوری باتری در اروپا: شرکت Northvolt در حال توسعه طرحی برای نسل بعدی باتری‌های لیتیوم یونی است که اساسا با تولید باتری‌های معمولی متفاوت است. آن‌ها به دنبال افزایش مرزهای عملکرد باتری، کیفیت و هزینه هستند.

در حالی که طرح نورث ولت با هدف برتری تکنولوژیکی طراحی شده است، ولی دستیابی به انرژی پاک عاملی برای برتری این صنعت است. همچنین راه‌حل‌هایی برای بازیافت موثر به منظور بازیابی مواد از باتری‌هایی با عمر پایان یافته و هدایت آن‌ها به سمت تولید مجدد ارائه می‌شود.

اولین کارخانه باتری این شرکت که در مقیاس بزرگ است در شمال سوئد تاسیس شده است. Northvolt Ett به عنوان سایت اصلی نورث ولت برای تولید مواد فعال، مونتاژ سلول، بازیافت و وسایل کمکی فعالیت خواهد کرد. انرژی این کارخانه 100 درصد از انرژی پاک تامین می‌شود. از دسامبر 2019، آزمایشگاه نورث ولت در حال تولید سلول و افزایش ظرفیت سالانه 350 مگاوات ساعت در سال است و انتظار می‌رود ظرفیت سالانه آن تا سال 2024 به حداقل 32 گیگاوات ساعت برسد.

همانطور که در بخش قبل اشاره شد، یک شرکت فرانسوی تکنولوژی‌های NAWA بر روی طراحی یک الکترود جدید فعالیت می‌کند. پاسکال بولانجر، مدیر ارشد فناوری این شرکت، این طراحی را این گونه توضیح می‌دهد: الکترود کربنی فوق سریع NAWA با استفاده از فناوری نانولوله‌های کربنی عمودی، یک تغییر در طراحی و عملکرد الکترود ایجاد می‌کند. این الکترود با توجه به افزایش زیاد در توان باتری، ذخیره انرژی، چرخه عمر و همچنین مقرون به صرفه بودن، پتانسیل بسیار زیادی دارد.

اولریک گریپ، مدیرعامل تکنولوژی‌های NAWA نیز گفت: الکترود کربنی فوق سریع ناوا به ما امکان می‌دهد باتری‌ها را سریع‌تر، بیشتر و طولانی‌تر شارژ کنیم، و همه اینها را با محصولی مبتنی بر یکی از فراوان‌ترین و سبزترین مواد جهان، یعنی کربن، شارژ کنیم. فناوری باتری ما می‌تواند به کاهش چشمگیر اثرات زیست محیطی سیستم‌های باتری کمک کند، به طوری که ما معتقدیم این نوآوری در الکترود می‌تواند میزان کربن دی اکسید تولید شده در یک خودروی الکتریکی را به نصف کاهش دهد. همچنین قادر به شارژ مجدد در همان مدت زمانی است که برای سوخت گیری یک مخزن گاز نیاز است.

این شرکت در حال بررسی مواد شیمیایی سیلیکون، نیکل، منگنز، کبالت و گوگرد و حتی مواد عجیب‌تر است که در حال حاضر نمی‌توانند آن­ها را فاش کنند. باتری‌های مبتنی بر سیلیکون می‌توانند دو برابر چگالی انرژی ارائه دهند، اما اندازه این ماده فعال در طول فرآیند شارژ شدن تا چهار برابر افزایش می‌یابد و با تخلیه دوباره منقبض می‌شود و باعث مشکلات مکانیکی می‌شود که منجر به ترک خوردن آن می‌شود. بولانجر بیان می کند: نانولوله‌ها نشکن هستند. انبساط به صورت جانبی اتفاق می‌افتد و بر روی ضخامت الکترود تاثیر نمی‌گذارد. ساختار نانولوله مانند یک قفس عمل می‌کند. به نظر می‌رسد راه حل مناسب برای مشکل سیلیکون، ایجاد یک نانوذره پوسته باشد که در آن مواد سیلیکونی منبسط شونده در داخل یک پوسته کربنی رسانا محدود شود.

فناوری‌های امیدوارکننده در حوزه باتری

همانطور که قبلا گفته شد، پذیرش وسایل نقلیه الکتریکی در حال تبدیل شدن به یک کاتالیزور برای پیشرفت‌های بیشتر در صنعت باتری و بالعکس است. به عنوان مثال، یک باتری‌ساز چینی که تامین کننده باتری اکثر خودروسازان بزرگ (از جمله تسلا) است، فاش کرد که اولین باتری میلیون مایلی را تولید کرده است. شرکت باتری‌سازی CATL می‌گوید باتری جدیدش می‌تواند انرژی یک وسیله نقلیه را برای بیش از یک میلیون مایل (به طور دقیق 1.2 میلیون – یا 1.9 میلیون کیلومتر) در طول عمر 16 سال تامین کند.

به همین دلیل است که تسلا، که امروزه مسلما به عنوان یک شرکت پیشرو در صنعت باتری شناخته می‌شود، به طور مداوم در حال پیشرفت در فناوری­های جدید باتری است. یک پیشرفت جدید، کاتدهای فسفات آهن لیتیوم آن‌ها است که بدون کبالت هستند، چیزی که به کمبود منابع خام پاسخ می‌دهد. کبالت نه تنها کمیاب است، بلکه با روش‌های ظالمانه و غیراخلاقی در کشورهای در حال توسعه در سراسر جهان از معادن استخراج می‌شود. هم آهن و هم فسفر به راحتی یافت شده و از منابع استخراج می‌شوند و به عناون جایگزینی برای کبالت، می‌توانند اثرات زیست محیطی استخراج کبالت کمیاب را به شدت کاهش دهند. این شرکت همچنین باتری‌هایی با چرخه عمر طولانی‌تر و سرعت دشارژ و شارژ بیشتر ارائه می‌دهد. مشکل این است که فسفات آهن، به دلیل ظرفیت چگالی کمتر، می‌تواند باعث افزایش اندازه باتری شود. تسلا در حال کار بر روی یافتن یک راه حل مهندسی، از نظر شکل باتری، برای بهینه سازی استفاده از فضا است.

شکل 2. سلول‌های LFP بدون کبالت متعلق به شرکت CATL

همانند لیتیوم فسفات آهن، باتری لیتیوم-گوگرد نیز می‌تواند به عنوان جایگزینی برای فلزات سنگین در باتری‌ها، رویکرد بسیار امیدوارکننده دیگری باشند. محققان دانشگاه موناش یک باتری لیتیوم-گوگرد را توسعه دادند که روی یک تلفن همراه آزمایش شد و به مدت پنج روز شارژ داشت. این می‌تواند از نظر کاربردهای خودرو نوید زیادی بدهد. محققان موناش این نظریه را مطرح می‌کنند که باتری‌های لیتیوم-گوگرد می‌توانند انرژی بیشتری نسبت به لیتیوم-یون (حدود شش برابر) ذخیره کنند. آن‌ها انتظار دارند که این فناوری را طی سال‌های آینده تجاری سازی کنند.

یکی دیگر از فناوری‌های بسیار امیدوارکننده باتری، فناوری باتری شیشه‌ای است. ایده این است که سدیم یا حتی لیتیوم به شیشه اضافه شود و یک الکترود در باتری تشکیل دهد. این ایده می‌تواند برای وسایل نقلیه الکتریکی مناسب باشد و همچنین به نظر می‌رسد که پایدارتر از سایر منابع است، شیشه دمای شدید را بهتر تحمل می‌کند و تولید آن ارزان‌تر است. طبق گزارش‌ها، فناوری باتری شیشه‌ای قادر به ذخیره انرژی به میزان سه برابر باتری‌های سنتی لیتیوم یونی با اندازه مشابه است و می‌تواند چرخه‌های شارژ و دشارژ بسیار بیشتری را نسبت به باتری‌های EV معمولی تحمل کند. بنابراین مرز 1000 مایلی EV ممکن است در نهایت شکسته شود.

در همین حال، شرکت تکنولوژی‌های Echion (یک استارت‌آپ در انگلستان) ادعا می‌کند که یک آند برای باتری‌های لیتیومی با ظرفیت بالا ایجاد کرده است تا زمان شارژ مجدد را به شدت کاهش دهد. این آند اکسید نیوبیوم مخلوط نامیده می‌شود. آند مخلوط اکسید نیوبیوم را می‌توان بجای هر نوع آند دیگری برای بهبود شارژ مجدد استفاده کرد. این آند با کاتدهای معمولی و مواد الکترولیت سازگار است بنابراین می‌توان آن را به طور گسترده به کار برد. ادعایی که در مورد آندهای اکسید نیوبیوم مخلوط وجود دارد این است که می‌تواند به باتری‌های لیتیومی با ظرفیت بالا این توانایی را بدهد که در کمتر از شش دقیقه شارژ شود.

کاربردها و مفاهیم فناوری باتری

همانطور که قبلا ذکر شد، خودروهای برقی به طور کاتالیزوری نیاز به پیشرفت در فناوری باتری را افزایش داده‌اند و قطعا فناوری‌های جدید را در آینده شکل خواهند داد. سازندگان پیشرو خودروهای برقی مانند تسلا، جنرال موتورز، هوندا، بی‌ام‌وی، NIO، فورد و پورشه گزینه‌های متنوعی را از خودروهای هیبریدی گرفته تا خودروهای تمام الکتریکی ارائه می‌کنند. این به این معنی است که وسایل نقلیه الکتریکی دارای باتری (BEV) برای حرکت فقط به نیروی الکتریکی متکی هستند در حالی که وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی پلاگین (PHEV) و وسایل نقلیه الکتریکی کامل هیبریدی (FHEV) برای تولید نیرو به موتورهای احتراق داخلی (ICE) نیاز دارند.

هنگام طراحی باتری‌های EV، مهندسان نه تنها باید ظرفیت، بلکه زمان شارژ، تخریب، جنبه‌های شیمیایی و قطعا ایمنی را نیز در نظر بگیرند. آستانه چگالی انرژی و توان در اکثر کاربردهای EV مشخص شده است، با این حال سازندگان خودرو دائما اندازه ماژول‌ها و سلول‌ها را برای سطوح عملکرد بهینه تغییر می‌دهند. صرف نظر از اندازه سلول‌ها و ماژول‌های باتری لیتیوم یون، سیستم‌های باتری ولتاژ بالا که برق خودروهای الکتریکی را تامین می‌کنند، برای اطمینان از حداکثر قدرت و ایمنی، به سیستم‌های مدیریت باتری (BMS) با طراحی دقیق نیاز دارند.

به نظر می‌رسد تسلا، همراه با NIO تازه‌کار، در حال حاضر بزرگ‌ترین بازار جهانی خودروهای برقی را رهبری می‌کند و خودروهایی با سیستم باتری تا 110 کیلووات ساعت ایجاد می‌کند. این خودروها می‌توانند انرژی مورد نیاز ماشین تسلا مدل S را تا 400 مایل تامین کنند. جدیدترین بسته‌های باتری آن‌ها چندین هزار سلول لیتیوم یونی مدل 2170 را در خود جای می‌دهد. سلول‌های لیتیوم یونی 2170 تسلا، از نظر انرژی 10 تا 15 درصد از سلول‌های پاناسونیک 18650 در مدل‌های قبلی کارآمدتر هستند. باتری 100 کیلووات ساعتی تسلا که تقریبا شبیه سلول‌های 18650 ساخته شده است، حاوی 8256 سلول (12Ah/cell) است که به طور مساوی در 16 ماژول باتری توزیع شده‌اند.

شکل 3. سیستم باتری تسلا مدل S

در همین حال، پورشه با هدف تولید یک خودروی الکتریکی با کارایی بالا، پورشه تایکان را که حاوی یک باتری 93.4 کیلووات ساعتی است تولید کرده است. این باتری به جای تولید 400 ولت انرژی که به صورت استاندارد در اکثر خودروهای الکتریکی وجود دارد 800 ولت انرژی را تولید می‌کند. باتری تایکان از 33 ماژول باتری با 12 سلول تشکیل شده است که در مجموع با 396 سلول لیتیوم یونی قادر به ذخیره سازی 235.8 وات ساعت بر سلول است. از آنجایی که سرعت شارژ باتری توسط جریان محدود می‌شود، ولتاژ بالاتری که این سلول‌ها تولید می‌کنند به معنی وزن کمتر سیستم باتری و شارژ سریع‌تر است.

وقتی صحبت از سیستم‌های هیبریدی می‌شود، تویوتا پیشرو است. پرطرفدارترین PHEV آن‌ها، پریوس، دارای بسته باتری 8.8 کیلووات ساعتی است که خودرو را قادر می‌سازد تا به بردی معادل 55 مایل بر گالن در شهر دست یابد. رانندگان می‌توانند باتری 8.8 کیلووات ساعتی را در خانه یا در حال حرکت شارژ کنند. پریوس پرایم با پنج بسته باتری تغذیه می‌شود که هر کدام شامل 19 باتری لیتیوم یون (95 باتری) است که ظرفیت کلی آن 8.8 کیلووات ساعت است. با این حال محبوب‌ترین FHEV جهان، پریوس استاندارد دارای باتری بسیار کوچک‌تری است که تنها دو بسته با 28 سلول (مجموع 56 سلول) دارد که ظرفیت نهایی 0.745 کیلووات ساعت را به آن می‌دهد. بسیاری از تولید کنندگان دیگر، مدل‌های متعددی که دارای سیستم‌هایی با ظرفیت متفاوت از باتری هستند را ارائه می دهند.

پروفسور جف دان از دپارتمان فیزیک و علوم جوی به همراه تیمش در آزمایشگاهی در کانادا مدت‌هاست که تحقیقات پیشرو در مورد باتری را انجام می‌دهند، آن­ها در چهار سال گذشته، تحقیقات خود را با مشارکت تسلا ادامه داده‌اند. آن‌ها به دنبال فناوری جدید باتری بوده‌اند که نه تنها باتری‌ها را بهبود می‌بخشد، بلکه آن‌ها را به طور کامل تغییر می‌دهد. تحقیقات دان و تسلا بر روی سلول‌های کیسه‌ای لیتیومی بدون آند با الکترولیت مایع دو نمکی LiDFOB/LiBF4 مسیر بسیار متفاوتی را نشان می‌دهد.

اگر تسلا به این روش ادامه دهد، کارایی سلول باتری به میزان زیادی بهبود خواهد یافت، به این معنی که نه تنها سلول‌های باکیفیت در دسترس خواهیم داشت، بلکه می‌توانیم به درستی از برق موجود در خانه‌های خود، محل کار و فضاهای عمومی استفاده کنیم. در تئوری، این بدان معناست که ما می‌توانیم انرژی خورشیدی را بهتر ذخیره کنیم. کاهش ردپای کربن برای ذخیره انرژی با تولید پنل‌های خورشیدی کارآمد و کم وزن، به‌طور اجتناب‌ناپذیری این تفکر را به ذهن می‌آورد که این پنل‌های سبک‌تر، ارزان‌تر و کارآمدتر را روی وسایل نقلیه نصب کنیم تا آن‌ها را خودپایدار کند. هیوندای قبلا سقف خورشیدی را روی خودروی هیبریدی سوناتا نصب کرده است که تا 10 درصد از نیروی این خودرو را تولید می‌کند. همچنین شرکت‌های انرژی می‌توانند انرژی باد، خورشید و جزر و مدی را که تولید می‌کنند در زمان‌های خارج از اوج ذخیره کنند و در زمان افزایش تقاضا صرفه‌جویی کنند و در نتیجه هزینه‌های انرژی به شدت کاهش می‌یابد. وقتی انرژی تولید شده را صرفه‌جویی می‌کنیم، فقط باید از سوخت‌های فسیلی برای تامین انرژی ضروری مورد نیاز خود استفاده کنیم، نه اینکه از آن برای تامین بخش عمده‌ای از انرژی استفاده کنیم.

در سال 2017، تسلا به دولت استرالیا کمک کرد تا تاسیسات ذخیره سازی عظیم 150 مگاوات ساعت در قسمت جنوبی این قاره را در کنار مزرعه بادی Hornsdale ایجاد کند. پس از گذشت شش ماه از بهره برداری، منبع تغذیه Hornsdale مسئول 55 درصد از کنترل فرکانس و خدمات جانبی در استرالیای جنوبی بود. تا پایان سال 2018، تخمین زده شد که این تاسیسات با ذخیره انرژی به میزان 40 میلیون دلار در هزینه‌ها صرفه جویی کرده است. تسلا همچنین زمینه را برای تاسیسات ذخیره انرژی جدید در مونتری کالیفرنیا، که بزرگترین تاسیسات در جهان خواهد بود، آغاز کرده است. پارک باتری قادر است 730 مگاوات ساعت (MWH) انرژی را با حداکثر سرعت 182.5 مگاوات ساعت تا چهار ساعت برای شبکه تامین کند. تسلا و PG&E سپس ظرف مدت کوتاهی پس از تکمیل پروژه، ظرفیت سیستم را به 1.2 گیگاوات ساعت ارتقا می‌دهند که طبق گفته تسلا، برق هر خانه در سانفرانسیسکو را به مدت شش ساعت تامین می‌کند.

وقتی صحبت از اروپا به میان می‌آید، به نظر می‌رسد که مرسدس بنز و شرکت‌های تابعه آن، تنها تولیدکننده آلمانی امروزی هستند که تولید باتری خود را راه‌اندازی کرده‌اند، و در حال افزایش تولید خود با چشم‌انداز شبکه جهانی باتری هستند. این شرکت در حال سرمایه گذاری بیش از یک میلیارد یورو در تولید باتری جهانی با دو کارخانه در کامنز، زاکسن و سایت های دیگر در اشتوتگارت-آنترتورکیم، پکن و توسکالوزا است.

سایر ایده­های آینده نگرانه مربوط به هواپیماهایی با پرواز و فرود عمودی (VTOL)، هواپیماهای بدون سرنشین و بسیاری از برنامه های بسیار جالب دیگر است. اکنون برای تجاری‌سازی تاکسی VTOL یا برای استفاده کامل و گسترده‌تر از وسایل نقلیه الکتریکی در صنعت لجستیک، به چند چیز نیاز داریم، مانند طول عمر باتری، افزایش در دسترس بودن انرژی ذخیره‌شده (حتی در خانه‌هایمان) و امکانات شارژ سریعتر.