CATL готовит твердотельные аккумуляторы к 2027 году: цель — 500 Вт·ч/кг и запас хода 1 500 км

Аккумуляторы с твердым электролитом постепенно приближаются к моменту своего полного расцвета, обещая огромные преимущества. Возможность хранить больше энергии без увеличения веса кажется чрезвычайно привлекательной, однако перенести эти идеи из лаборатории на производство оказалось гораздо сложнее. Тем не менее, кажется, что Китай сумевает разгадать эту задачу, и такие компании, как гигант CATL, уже находятся на заключительной стадии разработки.

Согласно опубликованной информации о программе разработки, китайский производитель перешел от платформы для проверки элементов ёмкостью около 10 А·ч к тестированию образцов ёмкостью 20 А·ч. Это шаг вперед в увеличении мощности элементов, хотя это еще не означает наличия готового к установке в серийные автомобили аккумулятора.

В ответ инвесторам, опубликованном 27 октября на платформе Hudongyi биржи Шэньчжэня, CATL вновь упомянула о возможности производства небольшими сериями в 2027 году. Массовое производство планируется примерно к 2030 году. Между этими двумя этапами стоит важная промышленная задача: создание функциональных образцов — это одно, а обеспечение их непрерывной, надежной и экономически эффективной производства на производственной линии — совсем другое.

В проекте участвует более 1 000 человек, и целью является достижение плотности энергии примерно 500 Вт·ч/кг. Это показатель, представляющий собой цель разработки, а не подтвержденная спецификация для ячеек, которые будут производиться серийно. Также не было объявлено ни объема первых партий, ни автопроизводителей, которые их получат, ни даты коммерческого выпуска этих образцов.

Кроме того, плотность энергии одной ячейки не следует путать с плотностью всего блока. При сборке ячеек необходимо учитывать структуру, соединения, систему охлаждения и другие элементы, которые добавляют вес. Поэтому этот показатель сам по себе не позволяет рассчитать, какой будет дальность езды будущего электромобиля или сколько будет весить его аккумулятор.

Задача заключается в обеспечении долговечности и производстве по приемлемой стоимости.

Энергетическая плотность — один из показателей, который чаще всего попадает в заголовки новостей, но он сам по себе недостаточен для определения того, готов ли аккумулятор к выходу на рынок. Также важны срок службы, безопасность, поведение при разных температурах и процент ячеек, соответствующих спецификациям сразу после производства. Если большое количество единиц приходится отбраковывать, это может сделать перспективную технологию нерентабельной.

Сам президент CATL Робин Цзэн ранее оценил уровень зрелости твердых аккумуляторов как 4 из 9. Такая оценка помогает понять, какой еще есть разрыв между достигнутыми успехами в разработках и полноценным промышленным внедрением. Следующей задачей является доказательство того, что характеристики аккумуляторов остаются стабильными при увеличении размеров элементов и объема производства.

Пути с использованием твердых сульфидных электролитов обеспечивают хорошую проводимость ионов лития, но создают трудности с контактом между материалами. Во время зарядки и разрядки электроды расширяются и сжимаются. Эти движения могут повредить зоны соединения и затруднить прохождение ионов, что влияет на эффективность и срок службы элемента.

Поэтому при проектировании необходимо контролировать такие факторы, как давление соприкосновения и сопротивление между компонентами. Речь идет не только о поиске материалов, которые хорошо функционируют по отдельности, но и о том, чтобы они продолжали работать вместе после множества циклов. Это одна из причин, по которой увеличение емкости образца не решает автоматически проблем с долговечностью.

Сульфиды также требуют тщательного контроля влажности. Определенные реакции могут выделять сероводород — токсичный газ, что обусловливает необходимость соблюдения определенных правил при обращении с материалами и в условиях производства. Следовательно, использование твердого электролита не устраняет всех требований к безопасности в промышленном процессе.

Достижение столь высокой энергетической плотности также зависит от конструкции электродов. Среди решений, которые изучаются в отрасли, — металлические литиевые аноды и конфигурации без первоначального анода. Например, Samsung SDI описала свою работу с последней технологией. CATL не раскрыла деталей относительно той конфигурации, которую она использует в своих самых новых образцах, поэтому нельзя приписать ей конкретное решение.

Согласно календарю, CATL находится рядом с другими крупными производителями, хотя их цели не совпадают. Toyota и Idemitsu намерены выпускать электромобили с аккумуляторами на твердом электролите в период с 2027 по 2028 год, тогда как Samsung SDI планирует начать серийное производство во второй половине 2027 года. Совпадение сроков не означает, что все они будут поставлять сопоставимую продукцию в одинаковых количествах.