CATL изучает литий-воздушные батареи с запасом хода 2000 км

Китайская компания CATL, являющаяся одним из мировых лидеров по производству тяговых аккумуляторов, приступила к изучению перспективной технологии литий-воздушных батарей. В теории подобные накопители энергии способны кардинально изменить рынок электромобилей, позволив машинам преодолевать свыше 2000 километров на одной зарядке без значительного увеличения массы аккумулятора.

• CATL исследует литий-воздушные батареи с потенциальной плотностью энергии 3505 Вт·ч/кг.
• Теоретический запас хода электромобилей на одном заряде может превысить 2000 км.
• Технология использует кислород из воздуха вместо хранения всех реагентов внутри корпуса.
• Главными препятствиями остаются побочные реакции с влагой и накопление пероксида лития.

Принцип работы литий-воздушных аккумуляторов

Главная особенность инновационной технологии заключается в использовании кислорода из окружающего воздуха в качестве одного из ключевых реагентов. Во время разряда батареи металлический литий вступает в электрохимическую реакцию с кислородом, образуя пероксид лития (Li₂O₂) и высвобождая энергию для питания электромотора. В процессе зарядки реакция должна протекать в обратном направлении: соединение распадается, кислород выделяется наружу, а исходный литий восстанавливается.

В отличие от классических литий-ионных аккумуляторов, такой системе не требуется хранить весь необходимый для химической реакции материал внутри герметичного корпуса. Это позволяет существенно снизить вес батареи при одновременном многократном увеличении накапливаемой энергии, делая транспортные средства намного более дальнобойными и эффективными.

Сравнение с существующими типами аккумуляторов

Расчётная плотность энергии литий-воздушных батарей может достигать впечатляющих 3505 Вт·ч/кг. Для сравнения, стандартные литий-ионные элементы питания обладают плотностью энергии всего в пределах 200–300 Вт·ч/кг, тогда как разрабатываемые перспективные твердотельные батареи пока могут предложить лишь 350–500 Вт·ч/кг. Таким образом, теоретический показатель новой технологии превосходит твердотельные аналоги как минимум в пять раз.

Несмотря на заманчивые цифры, озвученные характеристики пока существуют преимущественно на бумаге и требуют колоссальных доработок. Инженеры должны найти способы преодолеть технологические барьеры, прежде чем подобные батареи можно будет устанавливать в серийные автомобили.

Главные технологические препятствия на пути к массовому производству

У литий-воздушных аккумуляторов имеется ряд серьёзных инженерных проблем, которые предстоит решить исследователям. Образующийся в процессе работы пероксид лития имеет свойство накапливаться в пористом электроде, постепенно перекрывая доступ кислорода и вызывая падение общей емкости батареи. Кроме того, полная обратимость этого процесса при зарядке пока дается с большим трудом.

Дополнительную сложность представляют влага и углекислый газ, содержащиеся в обычном воздухе. Они способны вступать в нежелательные химические реакции с компонентами батареи, образуя трудноудаляемые соединения. Из-за этого разработчикам придется внедрять в конструкцию сложные дополнительные системы фильтрации и подготовки воздуха.

Перспективы для рынка электромобилей и автоиндустрии

Появление жизнеспособных литий-воздушных батарей может стать поворотным моментом для всей мировой автомобильной промышленности и рынка электротранспорта. Успех CATL в этой области позволит навсегда решить проблему так называемой «тревоги водителя» из-за ограниченного запаса хода, сделав электрокары полноценной заменой автомобилям с ДВС на дальних поездках.

Тем не менее, говорить о скором появлении таких машин на дорогах пока преждевременна. Переход от теоретических расчетов и лабораторных изысканий к коммерческим образцам может занять годы упорной работы инженеров и миллиардные инвестиции в исследования новых материалов.