CATL przygotowuje baterie stałe na rok 2027: cel to 500 Wh/kg i zasięg 1 500 km.

Bateryje z cieczą elektrolitową stopniowo zbliżają się do swojego szczytowego okresu popularności, niosąc ze sobą wielkie obietnice. Możliwość przechowywania większej ilości energii bez zwiększania masy jest niezwykle atrakcyjna, ale przeniesienie tych obietnic z laboratorium do fabryki okazuje się znacznie trudniejsze. Wydaje się jednak, że Chiny udają się rozwiązać ten problem, a takie firmy jak gigant CATL pracują już w ostatniej fazie rozwoju.

Zgodnie z opublikowanymi informacjami na temat ich programu rozwoju, chiński producent przeszedł od platformy walidacyjnej z ogniwami o pojemności około 10 Ah do testów z próbkami o pojemności 20 Ah. Jest to krok w kierunku zwiększenia mocy ogniw, choć nadal nie oznacza to posiadania bateryi gotowej do zainstalowania w samochodzie seryjnym.

CATL ponownie umieściła produkcję w małych seriach na rok 2027, w odpowiedzi skierowanej do inwestorów opublikowanej 27 października na platformie Hudongyi Giełdy w Shenzhen. Produkcja na dużą skalę planowana jest około 2030 roku. Pomiędzy tymi dwoma etapami leży ważne wyzwanie przemysłowe: stworzenie funkcjonalnych próbek to jedno, natomiast zapewnienie ich ciągłej, niezawodnej i opłacalnej produkcji to coś zupełnie innego.

Program ten obejmuje zespół składający się z ponad 1.000 osób i dąży do osiągnięcia gęstości energetycznej na poziomie około 500 Wh/kg. Ta wartość stanowi cel rozwojowy, a nie potwierdzoną specyfikację dla ogniw, które będą produkowane seryjnie. Nie podano również informacji na temat ilości pierwszych partii, producentów samochodów, którzy je otrzymają, ani daty wprowadzenia tych próbek na rynek.

Ponadto gęstość energetyczna pojedynczego ogniw nie powinna być mylona z gęstością całego pakietu. Podczas łączenia ogniw konieczne jest dodanie struktury, połączeń, systemów chłodzenia oraz innych elementów, które zwiększają masę. Dlatego ten cel sam w sobie nie pozwala obliczyć, jaka będzie zasięg przyszłego samochodu elektrycznego ani jak duża będzie waga jego baterii.

Rozwiązaniem tego problemu jest zapewnienie trwałości oraz produkcja przy akceptowalnych kosztach.

Gęstość energetyczna to jeden z parametrów, które najczęściej pojawiają się w nagłówkach prasowych, ale sama w sobie nie wystarcza do określenia, czy bateria jest gotowa na wejście na rynek. Ważne są również żywotność, bezpieczeństwo, zachowanie w różnych temperaturach oraz odsetek ogniw opuszczających fabrykę zgodnie ze specyfikacjami. Jeśli zbyt wiele egzemplarzy musi zostać odrzuconych, koszt może sprawić, że obiecująca technologia stanie się nierentowna.

Sam prezes CATL, Robin Zeng, wcześniej ocenił stopień dojrzałości baterii stałych na poziomie 4 w skali od 1 do 9. Ta ocena pomaga zrozumieć, jak duża jest nadal odległość pomiędzy postępami w rozwoju a ugruntowanym zastosowaniem przemysłowym. Kolejnym wyzwaniem jest udowodnienie, że parametry baterii pozostają niezmienne wraz ze wzrostem rozmiaru ogniw i ilości produkowanych egzemplarzy.

Szlak elektrolitów stałych na bazie siarczku oferuje dobrą przewodność dla jonów litu, ale stwarza trudności w kontakcie pomiędzy poszczególnymi materiałami. Podczas ładowania i rozładowywania elektrody ulegają rozszerzaniu i kurczeniu. Takie ruchy mogą uszkodzić strefy połączeń i utrudnić przepływ jonów, co wpływa na wydajność i żywotność ogniw.

Dlatego projekt musi kontrolować takie aspekty jak ciśnienie kontaktu i opór pomiędzy komponentami. Chodzi nie tylko o znalezienie materiałów, które dobrze funkcjonują osobno, ale także o to, by nadal współpracowały po wielu cyklach. To jeden z powodów, dla których zwiększenie pojemności próbki nie rozwiązuje automatycznie problemów trwałości.

Siarczki również wymagają starannego kontrolowania wilgotności. Określone reakcje mogą uwalniać siarczek wodoru, gaz toksyczny, co zmusza do zachowania ostrożności podczas manipulacji materiałami oraz w warunkach produkcji. Zatem użycie stałego elektrolitu nie eliminuje wszystkich wymogów bezpieczeństwa w procesach przemysłowych.

Osiągnięcie tak wysokich gęstości energetycznych zależy również od projektu elektrod. Wśród rozwiązań badanych przez branżę znajdują się anody z metalicznego litu oraz konfiguracje bez początkowego anodu. Na przykład Samsung SDI opisał swoje prace z tą ostatnią technologią. CATL nie ujawnił, jaką konfigurację stosuje w przykładach ze swojej najnowszej aktualizacji, dlatego nie można mu przypisać konkretnego rozwiązania.

Kalendarz umieszcza CATL w bliskiej odległości od innych dużych producentów, chociaż ich cele nie są takie same. Toyota i Idemitsu zamierzają wprowadzić na rynek samochody elektryczne z bateriami o stałym elektrolicie między 2027 a 2028 rokiem, podczas gdy Samsung SDI planuje rozpoczęcie produkcji seryjnej w drugiej połowie 2027 roku. Zbieg dat nie oznacza, że wszyscy dostarczą produkty porównywalne ani w takich samych ilościach.