Исследователи из Китайской академии наук сообщили о создании литий-металлической твердотельной батареи с плотностью энергии 451,5 Вт·ч/кг. По данным команды, аккумулятор способен стабильно работать при сверхбыстрой зарядке и разрядке на уровне 20C, что соответствует циклам продолжительностью около трех минут.
Результаты работы опубликованы в Journal of the American Chemical Society под названием «Polymer-modulated solvation chemistry via compatibilizing-solvent plasticization for stable high-energy lithium metal batteries». Исследование проводилось Институтом металловедения Китайской академии наук.
В основе разработки лежат полимерные электролиты на базе поливинилиденфторида (PVDF), который рассматривается как один из перспективных материалов для твердотельных аккумуляторов благодаря устойчивости к окислению и высокой ионной проводимости. Авторы отметили, что традиционные пластификаторы для таких электролитов обладают ограниченной электрохимической стабильностью, из-за чего на границе электродов продолжаются процессы разложения. Это снижает совместимость с литий-металлическими анодами и высоковольтными катодами.
Для решения проблемы ученые предложили стратегию «пластификации совместимым растворителем». В процессе подготовки электролита используется летучий растворитель, который временно повышает совместимость полимера со стабильными пластификаторами. После испарения растворителя при формировании пленки пластификатор сохраняется внутри полимерной структуры.
По словам исследователей, такой подход позволил сформировать стабильный межфазный слой, богатый фторидом лития, а также уменьшить побочные реакции на обоих электродах.
В публикации говорится, что батарея сохранила стабильную работу на протяжении 700 циклов при использовании высоконикелевого катода на 4,7 В. После испытаний уровень сохранения емкости составил 81,9%.
Команда также изготовила пакетный элемент ампер-часового уровня с тонким литий-металлическим анодом и соотношением N/P 1,1. Его энергетическая плотность достигла 451,5 Вт·ч/кг, что более чем вдвое превышает показатели коммерческих литий-железо-фосфатных аккумуляторов для электромобилей, которые обычно находятся на уровне около 200 Вт·ч/кг.
Дополнительно аккумулятор прошел испытание на прокол гвоздем, которое используется для оценки безопасности элементов питания.
Разработка стала частью усиливающейся конкуренции в области твердотельных батарей среди китайских компаний и исследовательских центров. Ранее Ganfeng Lithium сообщала о завершении инженерной проверки твердотельной батареи с плотностью энергии 400 Вт·ч/кг и ресурсом свыше 1100 циклов, а также о запуске мелкосерийного производства 10-А·ч аккумуляторов класса 500 Вт·ч/кг.
В начале мая стартап Pure Lithium заявил, что его твердотельная батарея сохранила работоспособность после испытания на разрез, а производственные мощности компании достигли 500 МВт·ч в год.
Ряд китайских производителей планируют вывести подобные аккумуляторы на рынок в 2026–2027 годах. О тестовом производстве твердотельных ячеек на 500 Вт·ч/кг ранее сообщала CATL. Компании Sunwoda и Farasis Energy также объявляли о разработке батарей с плотностью энергии от 400 до 500 Вт·ч/кг.
Несмотря на активные исследования в области твердотельных технологий, на китайском рынке аккумуляторов для электромобилей по-прежнему доминируют литий-железо-фосфатные батареи. По данным China EV DataTracker, крупнейшим поставщиком LFP-аккумуляторов остается CATL с установленной емкостью 19,53 ГВт·ч и долей рынка 38,9%. Второе место занимает BYD с 10,49 ГВт·ч и долей 20,9%.
Далее следуют Gotion High-tech с 4,03 ГВт·ч, CALB с 3,32 ГВт·ч и Eve Energy с 3,02 ГВт·ч. Компании Rept Battero Energy, Zenergy и Energee показали результаты 2,14, 1,91 и 1,83 ГВт·ч соответственно. Sunwoda установила 1,47 ГВт·ч LFP-батарей и заняла 2,9% рынка, продолжая параллельно развивать твердотельные технологии. Замыкает десятку Yinpai Battery с показателем 0,9 ГВт·ч.