CATL анонсировал технологию литий-воздушных АКБ

[Versta]

Накануне внедрения твердотельных батарей CATL официально анонсировала технологию аккумуляторов следующего поколения.

Чэдунси, 3 июня. По сообщениям от 3 июня, на форуме «Оборонная мощь Китая — 2026» академик Китайской инженерной академии, главный научный сотрудник CATL У Кай заявил, что литий-воздушные батареи станут будущим направлением развития CATL.

Литий-воздушная батарея — это батарея, в которой в качестве отрицательного электрода используется литий, а в качестве вещества, вступающего в реакцию на положительном электроде, — кислород из воздуха. Теоретическая энергетическая плотность такой батареи достигнет 10 раз по сравнению с существующими батареями, что станет центром глобальной конкуренции за аккумуляторы следующего поколения.

Академик Китайской инженерной академии, главный научный сотрудник CATL У Кай

Это не первое системное изложение CATL подхода «параллельного развития нескольких технологических направлений». 21 апреля на Супертехнологическом дне CATL 2026 У Кай уже заявлял, что тяговые аккумуляторы должны следовать пути множества химических материалов и систем.

Таким образом, в этом заявлении с акцентом на «фокусировку на литий-воздушных батареях» также видно, что CATL расширяет свою технологическую платформу с кратко- и среднесрочных серийных продуктов на более отдаленную перспективу конкуренции электрохимических систем.

В настоящее время такие направления, как конденсированные батареи, NCM и LFP, продолжают обслуживать текущий рынок электромобилей и накопителей энергии, в то время как литий-воздушные батареи представляют собой долгосрочное исследование с более высоким верхним пределом энергетической плотности.

1. Что такое литий-воздушная батарея и чем она отличается от твердотельной?

Литий-воздушная батарея, также часто называемая литий-кислородной, работает на основе использования металлического лития в качестве отрицательного электрода, а кислород из воздуха участвует в реакции на положительном электроде.

Самое привлекательное в ней то, что в традиционных литий-ионных аккумуляторах активный материал положительного электрода должен находиться внутри батареи, тогда как литий-воздушная батарея теоретически может «заимствовать» внешний кислород для участия в реакции, что значительно снижает вес самой батареи и повышает способность хранить энергию на единицу массы.

Проще говоря, традиционная литий-ионная батарея похожа на поход, когда нужно нести с собой и «продукты», и «плиту», тогда как литий-воздушная батарея — это как взять только часть ключевых материалов, а другое вещество для реакции получать непосредственно из воздуха.

Это означает, что системе приходится нести меньше груза, и при том же весе появляется возможность накопить больше энергии.

Схема принципа работы литий-воздушной батареи

В соответствующих исследованиях теоретическая энергетическая плотность неводных литий-воздушных батарей обычно оценивается примерно в 1000–3500 Вт·ч/кг. Также некоторые исследования рассматривают литий-кислородные батареи как систему накопления энергии следующего поколения с высокой удельной энергией.

Но здесь необходимо подчеркнуть, что 3500 Вт·ч/кг — это теоретическое значение, а не параметр продукта, который CATL уже выпустила или скоро установит на автомобили.

Для сравнения: на Супертехнологическом дне в апреле CATL представила энергетическую плотность аккумуляторных ячеек третьего поколения Kirin — 280 Вт·ч/кг, а плотность ячеек конденсированной батареи Kirin — 350 Вт·ч/кг, что уже относится к передовым технологиям тяговых аккумуляторов для автомобилей.

Литий-воздушная батарея представляет собой теоретический потолок, значительно превышающий существующие литий-ионные системы.

Также необходимо указать, что она и твердотельная батарея — это не одно и то же.

Твердотельная батарея в первую очередь меняет «форму электролита»: заменяет традиционный жидкий или гелеобразный электролит на твердый электролит для повышения безопасности, энергетической плотности и адаптации к температуре.

А литий-воздушная батарея меняет «систему реакции положительного электрода»: её ключевая особенность — участие кислорода в реакции, что относится к концепции металло-воздушных батарей.

Другими словами, твердотельная батарея отвечает на вопрос «какой электролит использовать», а литий-воздушная — на вопрос «что является реагентом на положительном электроде».

Традиционные литий-воздушные батареи страдают от испарения жидкого электролита, утечек, побочных реакций, дендритов лития и других проблем. Считается, что твердый электролит помогает улучшить безопасность и стабильность литий-воздушных батарей, поэтому в научных кругах также исследуются «твердотельные литий-воздушные батареи».

Иными словами, твердотельная батарея не является противоположным направлением для литий-воздушной, а может стать поддерживающей технологией для будущей инженеризации литий-воздушных батарей.

2. До реального использования еще далеко, сложности в инженеризации

Теоретические значения литий-воздушных батарей достаточно заманчивы, но и реальные проблемы достаточно сложны, поэтому их часто называют «мечтательными батареями».

Первое — это цикл жизни. В процессе заряда-разряда литий-воздушной батареи образуются и разлагаются продукты реакции, такие как оксид лития и пероксид лития, которые могут закупоривать поры воздушного электрода, влияя на диффузию кислорода и перенос ионов, что приводит к быстрому снижению емкости.

Второе — проблема управления воздухом. В реальном воздухе есть не только кислород, но и влага, углекислый газ, азот и твердые частицы. Эти примеси могут вступать в побочные реакции с металлическим литием или продуктами разряда, влияя на стабильность батареи.

Кроме того, металлический литиевый отрицательный электрод сам по себе имеет проблемы. Хотя литиевый металл обеспечивает высокую удельную емкость, он легко образует дендриты лития, что вызывает короткое замыкание и риски безопасности.

Хотя твердый электролит может частично смягчить некоторые проблемы, межфазное сопротивление на границе «твердое тело — твердое тело», стабильность интерфейса, обработка материалов и масштабное производство по-прежнему остаются общими вызовами для твердотельных систем.

Схема литий-воздушной батареи Аргоннской национальной лаборатории США

С точки зрения текущих передовых исследований, Аргоннская национальная лаборатория США демонстрировала экспериментальные результаты литий-воздушных батарей. В соответствующих сообщениях упоминалось, что количество циклов экспериментальной батареи было увеличено до 1000, а также обсуждался реальный потенциал около 1200 Вт·ч/кг.

Схема литий-воздушной батареи Университета Осаки

Такие команды, как Университет Осаки в Японии, также ведут совместные международные исследования с целью изучения коммерциализации литий-воздушных батарей в первой половине 2030-х годов.

Однако от лабораторного образца до автомобильного тягового аккумулятора нужно преодолеть множество барьеров: скоростные характеристики, срок службы, безопасность, герметизацию, фильтрацию воздуха, системную интеграцию, стоимость и многое другое.

Заключение: технология аккумуляторов делает еще один шаг к конечной цели

До реальной коммерциализации литий-воздушных батарей еще очень далеко, но их появление вновь позволяет индустрии тяговых аккумуляторов увидеть возможность преодолеть существующий предел энергетической плотности.

От литий-железо-фосфатных (LFP) до NCM, от аккумуляторов с быстрой зарядкой до конденсированных батарей, а затем до натрий-ионных и твердотельных батарей — технология тяговых аккумуляторов постоянно ищет новый баланс между безопасностью, стоимостью, сроком службы и энергетической плотностью.

Литий-воздушные батареи продвигают эту конкуренцию еще дальше — на уровень инноваций в более фундаментальных электрохимических системах.

В настоящее время индустрия тяговых аккумуляторов уже прошла этапы «есть или нет» и «хватает или нет» и вступает в этап, на котором решается, «кто сможет определить верхнюю границу следующего поколения».

Что действительно определит будущую конкурентную структуру — это не только высота теоретической энергетической плотности, а способность предприятия объединить воедино материалы, структуру, производство и управление безопасностью.

В будущем тот, кто сможет сделать этот шаг, тот и сможет сохранить инициативу в конкурентной борьбе в индустрии аккумуляторов следующего поколения.