Serwis pod patronatem magazynu
Chiński CATL wskazuje kierunek, który może całkowicie zmienić przyszłość aut elektrycznych. Baterie litowo‑powietrzne, wykorzystujące tlen z otoczenia zamiast ciężkich materiałów katodowych, mają oferować gęstość energii porównywalną z benzyną. W praktyce oznaczałoby to nawet 1600 km zasięgu na jednym ładowaniu.
Akumulatory do samochodów elektrycznych przeszły już długą drogę, ale wciąż mają swoje ograniczenia. Nawet te najnowocześniejsze i najbardziej wydajne okazują się ciężkie i ze zbyt małą gęstością energetyczną.
Ale CATL – największy producent akumulatorów na świecie – zapowiada zupełnie nową technologię. Jej sekretem ma być sposób działania samego ogniwa. Klasyczne baterie litowo-jonowe wykorzystują katodę z metali takich jak nikiel, kobalt czy mangan.
W opracowywanej obecnie baterii litowo-powietrznej wprowadzono zupełnie inne podejście. Ogniwo wykorzystuje anodę wykonaną z metalicznego litu, natomiast tlen potrzebny do reakcji chemicznych pobierany jest bezpośrednio z otaczającego powietrza i stanowi jeden z kluczowych składników procesu zachodzącego w katodzie.
Dzięki temu można ograniczyć liczbę oraz masę elementów, które w konwencjonalnych akumulatorach są niezbędne do działania.
Dzisiejsze baterie litowo-jonowe osiągają gęstość na poziomie około 250-270 Wh/kg. Przyszłe akumulatory półprzewodnikowe mają dojść do około 500 Wh/kg, czyli podwoić obecny poziom w najbardziej ambitnym scenariuszu.
Materiał aktywny w konstrukcji litowo-powietrznej ma teoretyczną gęstość wynoszącą 12 000 Wh/kg. To wartość porównywana z benzyną, której gęstość energetyczną szacuje się na około 13 000 Wh/kg.
W praktyce nie oznacza to prostego przeniesienia parametrów paliwa do auta elektrycznego, ale pokazuje, dlaczego CATL widzi w tej technologii cel wykraczający poza obecny wyścig o większe pakiety akumulatorów.
Prototypy laboratoryjne przekroczyły już 1200 Wh/kg. To poziom około czterokrotnie wyższy od baterii stosowanych obecnie w najlepszych samochodach elektrycznych. Przy takiej gęstości energii śmiało można mówić o zasięgu 1600 km na pełnym ładowaniu.
Długi zasięg nie rozwiązuje automatycznie wszystkich problemów samochodu elektrycznego. Bateria musi jeszcze wytrzymać realne użytkowanie, ładowanie, zmiany temperatury i kontakt z czynnikami, które w laboratorium można łatwiej kontrolować.
Największą słabością ogniw litowo-powietrznych jest wrażliwość na wilgoć i dwutlenek węgla obecne w powietrzu. Te czynniki przyspieszają degradację ogniwa, skracając jego żywotność. W efekcie to trwałość, a nie sama koncepcja, blokuje dziś jej zastosowanie w samochodach seryjnych.
Jednym z ważnych kroków były prace naukowców z Illinois Institute of Technology i Argonne National Laboratory nad litowo-powietrznym ogniwem ze stałym elektrolitem, zdolnym do pracy w temperaturze pokojowej (pierwsze publikacje – w 2023 r.). Zastosowanie stałego elektrolitu pozwoliło ograniczyć wycieki i lepiej kontrolować zachodzące wewnątrz ogniwa reakcje chemiczne.
W trakcie testów bateria zachowała sprawność przez ponad 1000 cykli ładowania, co przybliża tę technologię do realnych zastosowań.
Strategia CATL-a nie opiera się wyłącznie na jednej innowacji. W krótkim czasie ten gigant postawi na baterie sodowo-jonowe, które mają trafić do tańszych samochodów i są już instalowane w modelach takich marek jak m.in. Changan.
W średniej perspektywie celem pozostają baterie półprzewodnikowe. CATL przewiduje ich małoseryjną produkcję na 2027 rok. To technologia bliższa wdrożenia niż litowo-powietrzna, choć nadal trudna i kosztowna.
Ostatni typ ogniw jest natomiast projektem długoterminowym. Chińczycy widzą możliwość ich zastosowania po 2030 roku, ale początkowo niekoniecznie w osobowych samochodach elektrycznych.
Pierwsze wdrożenia mają dotyczyć transportu ciężkiego oraz magazynowania energii dla sieci opartych na źródłach słonecznych i wiatrowych.
Jeśli baterie litowo-powietrzne rzeczywiście wejdą do produkcji, dzisiejszy spór o zasięg samochodów elektrycznych może zostać pogrzebany raz na zawsze. Na razie 1600 km to obietnica z laboratoriów, ale kierunek jest jasny. Wyścig o zasięg może zakończyć się szybciej, niż się powszechnie uważa.
