Сгенерированное при помощи ИИ изображение на тему исследований новых аккумуляторных батарей. Источник: DALL-E
Компания CATL, крупнейший производитель батарей для электромобилей в мире, объявила о прорыве в технологии литий-металлических батарей (LMB) благодаря статистическому методу анализа под названием количественное картирование (англ. "Quantitative Mapping").
Что известно
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology. CATL утверждает, что вошла в ранее неизведанную территорию стратегии электролитов. Инновационный подход позволяет создавать LMB с высокой плотностью энергии и увеличенным ресурсом, решая давнюю проблему в этой области. Оптимизированный прототип достиг ресурса в 483 цикла и может быть интегрирован в современные конструкции для достижения плотности энергии более 500 Вт·ч/кг, что знаменует значительный шаг к коммерческой жизнеспособности для применения LMBв электромобилях и электрической авиации.
LMB представляют собой одно из перспективных направлений батарей следующего поколения благодаря их изначально высокой плотности энергии. Особенно для высокопроизводительных применений, таких как электромобили с большим запасом хода. Однако эти батареи долгое время сталкивались с необходимостью компромисса между плотностью энергии и циклическим ресурсом. Предыдущие исследования были сосредоточены на повышении производительности элементов путем оптимизации сольватационных структур и электролитных границ раздела. И эти подходы часто шли в ущерб сроку службы, не обеспечивая коммерчески жизнеспособных решений. Ограниченный прогресс был достигнут в понимании режима отказа LMB из-за сложностей, связанных с точным количественным определением потребления активного лития и компонентов электролита во время циклирования.
Чтобы преодолеть эту преграду, команда исследований и разработок CATL разработала и усовершенствовала набор аналитических методов для отслеживания эволюции активного лития и каждого компонента электролита на протяжении жизненного цикла батареи. Этот подход превратил "черный ящик" в "белый ящик", раскрыв критические пути истощения, приводящие к отказу элемента. Команда обнаружила, что, вопреки предыдущим предположениям, доминирующей причиной отказа элемента является не разрушение растворителя, накопление "мертвого" лития или нарушение сольватационной среды, а непрерывное потребление электролитной соли LiFSI, при этом 71% ее потребляется к концу срока службы. Эти результаты подчеркивают необходимость расширения отраслевого фокуса за пределы кулоновской эффективности аккумуляторов(CE), долгое время считавшейся ключевым показателем для LMB, а также включения долговечности электролита как критического фактора для устойчивой производительности.
Основываясь на этих выводах, CATL оптимизировала состав электролита, введя разбавитель с меньшей молекулярной массой. Эта корректировка увеличила массовую долю соли LiFSI, улучшила ионную проводимость и снизила вязкость, при этом не увеличивая общую массу используемого электролита. Получившийся прототип LMB, демонстрируя ту же CE, что и предыдущая итерация, удваивает циклический ресурс до 483 циклов и может применяться в новых конструкциях с плотностью энергии более 500 Вт·ч/кг. Говоря более простыми словами, CATL обещает одновременно эффективные и долговечные батареи.
Исследование было проведено в лаборатории 21C Lab компании CATL, которая сосредоточена на развитии батарейных технологий следующего поколения. В 2024 году CATL инвестировала в общей сложности около 18,6 миллиарда юаней (2,59 миллиарда долларов США) в исследования и разработки.
Источник: CATL