با توسعه سریع وسایل نقلیه برقی با انرژی جدید و هواپیماهای برقی، تقاضا برای برد رانندگی طولانی در هر دو به طور فزاینده‌ای به باتری‌های انرژی-لیتیوم{1}} یونی (LIB) وابسته است.

با توسعه سریع وسایل نقلیه الکتریکی و هواپیماهای برقی با انرژی جدید، تقاضا برای برد رانندگی طولانی در هر دو به طور فزاینده‌ای به باتری‌های انرژی -لیتیوم- یون (LIBs) وابسته است.

در حال حاضر، در باتری‌های مایع سنتی، طول مسیر انتقال موثر یون‌های Li+ درون الکترود متخلخل بسیار مهم است. این طول با بار منطقه ای افزایش می یابد و مستقیماً عملکرد شارژ سریع-را محدود می کند. استراتژی های مختلفی در صنعت پیشنهاد شده است که در میان آنها نازک شدن الکترود یکی از روش های اصلی برای بهبود عملکرد نرخ است، اما این روش به قیمت چگالی انرژی باتری تمام می شود.

باتری‌های حالت جامد، به عنوان هدف نهایی باتری‌ها، با چالش‌هایی فراتر از بازده و هزینه مواجه هستند. یکی از بزرگترین تنگناها حل مشکل تشکیل دندریت لیتیوم است. فلز لیتیوم امیدوارکننده‌ترین ماده آند برای باتری‌ها است، اما رشد دندریت، واکنش‌پذیری بالای لیتیوم و افزایش حجم، خطرات ایمنی را برای باتری‌های فلزی لیتیوم ایجاد می‌کند و مانع کاربرد عملی آندهای فلزی لیتیوم در باتری‌های قابل شارژ می‌شود.

هر دوی این نقاط درد اصلی در حال حاضر به یک راه حل اشاره می کنند: مس فوم شده. مس فوم دار که به عنوان مس سه بعدی نیز شناخته می شود، یک ماده باتری جدید با خواص و مزایای منحصر به فرد است. مس فوم دار یک ماده فلزی با تعداد زیادی منافذ به هم پیوسته با توزیع یکنواخت است که رسانایی و شکل پذیری خوبی از خود نشان می دهد. در کاربردهای باتری‌های لیتیوم{4}}، در مقایسه با-جمع‌کننده‌های جریان فویل مسی نسل اول و جمع‌کننده‌های جریان مرکب نسل دوم، کلکتورهای جریان فوم فلزی نسل سوم را نشان می‌دهند. این-گردآورنده نسل سوم فعلی همچنین یک عامل کلیدی است که تعیین می‌کند آیا چین می‌تواند اولین کشوری در جهان باشد که به صنعتی شدن همه باتری‌های-حالت جامد{10}} دست یابد.

در مرحله اول، مس فوم شده، به عنوان یک ماده باتری، دارای رسانایی بالایی است که به بهبود راندمان شارژ و دشارژ باتری کمک می کند. ساختار متخلخل آن باعث افزایش سطح تماس بین الکترود و الکترولیت می شود و در نتیجه چگالی انرژی باتری و ثبات چرخه را بهبود می بخشد. کلکتورهای جریان سنتی (TCC)، مانند فویل های فلزی جامد از جمله مس و آل، فاقد تخلخل هستند و به الکترولیت نفوذناپذیر هستند. بنابراین، این TCC ها انتقال Li+ را تسهیل نمی کنند و انتقال Li+ بین الکترودها را فقط به یک طرف محدود می کنند و عملکرد شارژ سریع را محدود می کنند.

در مقابل، طراحی متخلخل مس فوم‌دار به یون‌های Li+ اجازه می‌دهد تا از میان کلکتور جریان و جداکننده به طور همزمان عبور کنند، بنابراین فاصله انتقال موثر Li+ به نصف کاهش می‌یابد و عملکرد سرعت انتشار - محدود C{3}} چهار برابر افزایش می‌یابد بدون اینکه بر چگالی انرژی تأثیر بگذارد. در حال حاضر، تولیدکنندگان داخلی و بین‌المللی پیشرو با راندمان بالا، مطالعات مقایسه‌ای را انجام داده‌اند. طبق آخرین مقاله Nature، باتری‌هایی که از این کلکتور جریان استفاده می‌کنند انرژی ویژه بالایی (276 وات ساعت کیلوگرم-1) و قابلیت‌های شارژ سریع قابل توجهی دارند و با نرخ‌های 4 C (78.3٪ C/C)، 6 C (70.5٪ C/C) و 10 C (54.3٪ C/C) کار می‌کنند. این طرح جمع‌کننده جریان متخلخل با فرآیندهای فعلی تولید باتری و سایر استراتژی‌های{16}شارژ سریع سازگار است، پیکربندی باتری را غنی می‌کند و ایده‌های بهتری برای طراحی باتری‌های نسل بعدی ارائه می‌کند.

ثانیاً، با توجه به بزرگترین مشکل در-باتری‌های حالت جامد-تشکیل دندریت لیتیوم-مساحت سطح بالای فوم مس به طور مؤثر ناحیه الکترود را گسترش می‌دهد و مکان‌های فعال‌تری برای واکنش‌های الکتروشیمیایی فراهم می‌کند. این منجر به چگالی جریان و ظرفیت باتری بالاتر می شود. مهمتر از آن، منطقه واکنش بزرگتر به معنای جریان واحد کوچکتر است، که تشکیل دندریت لیتیوم را تا حد زیادی بهبود می بخشد. در حال حاضر به طور گسترده در باتری‌های-حالت متراکم و جامد-در آزمایشگاه‌های تولیدکنندگان پیشرو باتری استفاده می‌شود.

علاوه بر این، فوم مس همچنین دارای استحکام مکانیکی و پایداری خوبی است که می تواند در برابر استرس ایجاد شده در طول چرخه باتری مقاومت کند و عمر باتری را افزایش دهد. این برای باتری‌های-حالت جامد نیز بسیار جذاب است.

هر باتری گیگاوات ساعت به 700 تن مس برای 6 متر فویل مس نیاز دارد و کلکتور جریان مرکب حدود 300 تن وزن دارد که به حدود 250 تن مس نیاز دارد. مس فوم شده فقط به حدود 100 تن نیاز دارد. کاهش قابل توجه مصرف مس، با توجه به انتظارات کنونی برای افزایش طولانی مدت قیمت مس، نه تنها می تواند در هزینه های زیادی صرفه جویی کند، بلکه چگالی انرژی باتری را نیز به میزان قابل توجهی بهبود می بخشد.