CATL untersucht Lithium-Luft-Batterien als langfristiges Forschungsthema.
CATL betrachtet Lithium-Luft-Batterien als mögliche Langzeitforschungsrichtung. Die Technologie verspricht theoretisch eine deutlich höhere Energiedichte im Vergleich zu den heutigen Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings ist sie noch weit davon entfernt, als serienreife Fahrzeugbatterien oder für eine Reichweite von 2.000 km geeignet zu sein.
Laut Schätzungen von SNE Research beträgt CATLs Marktanteil außerhalb Chinas 33,7 Prozent.
Bild: CATL
Wu Kai, Leiter für Wissenschaft bei CATL, hat auf dem Equipment Powerhouse Forum 2026 Lithium-Luft-Batterien als langfristiges Forschungsschwerpunkt des Unternehmens ausgewiesen. Bei CATL sind Natrium-Ionen- und Festkörpertechnologien der Markteinführung näher. Der aktuelle Fokus liegt vor allem auf dem Potenzial für Reichweiten von bis zu 2.000 km. Die Grundlage für solche Prognosen ist die sehr hohe theoretische spezifische Energie der Lithium-Luft-Chemie, die bei etwa 3.505 Wh/kg liegt. Dieser Wert beschreibt jedoch nur das elektrochemische Potenzial der Reaktion, nicht die Energiedichte einer vollständigen Fahrzeugbatterie.
Der Unterschied zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen liegt in der Struktur. Lithium-Luft-Systeme verwenden metallisches Lithium als negative Elektrode und Sauerstoff aus der Umgebung als Reaktionspartner. Während der Entladung entsteht in einer porösen Kathode Lithiumperoxid; bei der Ladung wird die Reaktion umgekehrt und Sauerstoff wird erneut freigesetzt.
Da der Sauerstoff nicht als traditionelles Kathodenmaterial in der Batterie mitgeführt werden muss, führt dies theoretisch zu einer sehr hohen spezifischen Energie. Für ein reales Batteriesystem müssen jedoch Elektrolyt, Elektroden, Gehäuse, Schutzsysteme sowie vor allem Komponenten zur Luftverarbeitung hinzugefügt werden. Noch höhere theoretische Werte von etwa 12.000 Wh/kg basieren auf Berechnungen, die die Masse des benötigten Sauerstoffs ausschließen.
Der Unterschied zwischen der theoretischen Energiedichte und einer für die Serienproduktion geeigneten Fahrzeugbatterie ist erheblich, wie aktuelle Laborergebnisse zeigen. Im Jahr 2024 erreichten Forscher der Jilin-Universität und der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter definierten Laborbedingungen mit einer Lithium-Luft-Taschenzelle Werte von 757,5 Wh/kg sowie 241 Ladezyklen.
CATLs Lithium-Luft-Batterien haben weiterhin Herausforderungen
Ein weiterer Ansatz stammt vom Argonne National Laboratory und dem Illinois Institute of Technology. Eine im Jahr 2023 vorgestellte Festkörper-Lithium-Luft-Zelle absolvierte bei Raumtemperatur mindestens 1.000 Lade- und Entladezyklen. Bei dieser Architektur wird ein theoretisches Potenzial von etwa 1.200 Wh/kg angenommen. Beide Ergebnisse deuten auf Fortschritte hin, entsprechen aber noch nicht einer für Serienfahrzeuge geeigneten, validierten Batterie.
Eine zentrale Herausforderung bleibt die Luftzufuhr. Die Batterie benötigt Sauerstoff, während Feuchtigkeit und Kohlendioxid zuverlässig ferngehalten werden müssen. Beide Stoffe können unerwünschte chemische Reaktionen auslösen, die Elektroden und Elektrolyte beschädigen. Daher benötigt ein Fahrzeug ein kontrolliertes Luftzufuhrsystem mit Filterung und Feuchtigkeitsregulierung. Diese peripheren Geräte erhöhen wiederum das Gewicht, den Platzbedarf und den Energieverbrauch. Weitere ungelöste oder nur teilweise gelöste Probleme umfassen die Zyklusstabilität, die Ladeeffizienz sowie die Stabilität des Lithium-Metall-Anodenmaterials.
Auch die Reaktionsprodukte in der Kathode stellen ein Problem dar. Lithiumperoxid kann in den Poren ablagern und so den Sauerstofftransport behindern. Während des Ladens muss es vollständig entfernt werden, ohne dass Nebenreaktionen den Elektrolyten oder die Elektroden schädigen.
Eine hohe spezifische Energie allein reicht nicht aus, um in Elektrofahrzeugen eingesetzt zu werden. Entscheidend sind auch die volumetrische Energiedichte, die Leistungsausbeute, die Schnellladefähigkeit, die Sicherheit, die Lebensdauer sowie das Gewicht des gesamten Systems. Der oft genannte Wert von 2.000 km kann daher derzeit noch nicht auf ein konkretes Fahrzeug angewandt werden.
CATL arbeitet gleichzeitig an deutlich weiter entwickelten Technologien, die für den Markt bereit sind. Natrium-Ionen-Batterien und Festkörperzellen befinden sich in der Entwicklungsstrategie des Unternehmens in einem viel weiteren Stadium. Gleichzeitig ist CATL bereits mit etablierten Lithium-Ionen-Systemen der klare Marktführer. Laut SNE Research installierte das Unternehmen in den ersten neun Monaten des Jahres 2026 insgesamt 143,7 GWh an Batteriekapazität außerhalb Chinas und erreichte damit einen Marktanteil von 33,7 Prozent.
Die aktuelle Tendenz hin zu LFP zeigt auch, wie stark sich der Batteriemarkt mit bereits verfügbaren Zellchemien weiterentwickelt. Laut SNE Research stieg der Marktanteil von LFP außerhalb Chinas innerhalb eines Jahres von 15,8 auf 27,7 Prozent. Insbesondere chinesische Hersteller profitieren von dieser Entwicklung.
Die Technologie bleibt für CATL eine langfristige Forschungsoption. Ob sie letztendlich zu Elektrofahrzeugen mit vierstelliger Reichweite führt, hängt weniger von der theoretischen Energiedichte ab als vielmehr davon, ob die zahlreichen chemischen und technischen Herausforderungen in einem langlebigen, sicheren und erschwinglichen Batteriesystem gelöst werden können.