با گسترش روزافزون استفاده از منابع تجدیدپذیر مانند پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی برای تولید برق، نیاز به روش‌های کارآمدتر، ارزان‌تر و بادوام‌تر برای ذخیره‌سازی انرژی بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. در حال حاضر، لیتیوم به عنوان ماده اصلی اکثر باتری‌های قابل شارژ شناخته می‌شود، اما استخراج، تولید و بازیافت آن با هزینه‌های بالایی همراه است. در مقابل، فلز «روی» به عنوان جایگزینی مطلوب مطرح است؛ چرا که حدود ۱۰۰ برابر فراوان‌تر از لیتیوم بوده، قیمت پایین‌تری دارد و بازیافت آن نیز بسیار آسان‌تر است.

تیم تحقیقاتی دانشگاه کالیفرنیا در لس‌آنجلس (UCLA) با تکیه بر این مزایا، نوع جدیدی از باتری هیبریدی را توسعه داده است که ویژگی‌های یک باتری معمولی و یک ابرخازن را به طور همزمان در خود دارد. این باتری از یک بخش برای ذخیره‌سازی مقدار زیادی انرژی (مانند باتری‌های رایج) و یک بخش برای شارژ و تخلیه بسیار سریع و طول عمر بالا (مانند ابرخازن‌ها) تشکیل شده است.

پژوهشگران برای رفع محدودیت ابرخازن‌های معمولی که تنها انرژی را روی سطح الکترودها ذخیره می‌کنند، الکترود کربنی جدیدی با سطحی بسیار گسترده طراحی کردند. آن‌ها با استفاده از فناوری چاپ سه‌بعدی، ساختاری شبیه به لانه زنبور یا اسفنج مملو از حفره‌های ریز ایجاد کردند. این چارچوب کربنی پس از فرآیندهای شیمیایی و حرارتی، با اکسید وانادیوم پر شد که ماده‌ای با توانایی بالا در ذخیره انرژی الکتریکی است. این طراحی به قدری کارآمد است که تنها یک گرم از این ماده، سطحی معادل ۱۰ زمین تنیس را برای ذخیره بار الکتریکی فراهم می‌کند.

نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد این باتری نه تنها هفت برابر انرژی بیشتری نسبت به نمونه‌های مشابه مبتنی بر یون روی ذخیره می‌کند، بلکه پس از ۱۵۰۰ چرخه شارژ و تخلیه، همچنان ۸۲ درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ کرده است.

علاوه بر این دستاورد، پژوهشگران با طراحی یک محفظه آزمایش چاپ سه‌بعدی با درپوش کاملاً آب‌بندی‌شده، مشکل تبخیر الکترولیت در محیط‌های آزمایشگاهی را برطرف کردند. با استفاده از این محفظه، فاصله میان الکترودها ثابت مانده و دقت اندازه‌گیری‌ها به طرز چشمگیری افزایش یافته است؛ به‌طوری‌که در این شرایط، باتری پس از ۱۵۰۰ چرخه، ۹۸ درصد ظرفیت خود را حفظ کرد. این یافته‌ها که در نشریه «Small» منتشر شده، نویدبخش تولید باتری‌هایی ایمن‌تر و اقتصادی‌تر برای پشتیبانی از انرژی‌های پاک در سراسر جهان است.