Компанія CATL, найбільший виробник батарей для електромобілів у світі, оголосила про прорив у технології літій-металевих батарей (LMB) завдяки статистичному методу аналізу під назвою кількісне картування (англ. "Quantitative Mapping").

Результати дослідження були опубліковані в журналі Nature Nanotechnology. CATL стверджує, що увійшла в раніше незвідану територію стратегії електролітів. Інноваційний підхід дає змогу створювати LMB з високою щільністю енергії та збільшеним ресурсом, розв'язувати давню проблему в цій галузі. Оптимізований прототип досяг ресурсу в 483 цикли та може бути інтегрований в сучасні конструкції для досягнення щільності енергії понад 500 Вт-год/кг, що знаменує значний крок до комерційної життєздатності для застосування LMB в електромобілях і електричній авіації.

LMB являють собою один із перспективних напрямків батарей наступного покоління завдяки їхній початково високій щільності енергії. Особливо для високопродуктивних застосувань, таких як електромобілі з великим запасом ходу. Однак ці батареї довгий час стикалися з необхідністю компромісу між щільністю енергії та циклічним ресурсом. Попередні дослідження були зосереджені на підвищенні продуктивності елементів шляхом оптимізації сольватаційних структур і електролітних кордонів розділу. І ці підходи часто йшли на шкоду терміну служби, не забезпечуючи комерційно життєздатних рішень. Обмежений прогрес було досягнуто в розумінні режиму відмови LMB через складнощі, пов'язані з точним кількісним визначенням споживання активного літію і компонентів електроліту під час циклування.

Щоб подолати цю перешкоду, команда досліджень і розробок CATL розробила і вдосконалила набір аналітичних методів для відстеження еволюції активного літію і кожного компонента електроліту протягом життєвого циклу батареї. Цей підхід перетворив "чорну скриньку" на "білу скриньку", розкривши критичні шляхи виснаження, що призводять до відмови елемента. Команда виявила, що, всупереч попереднім припущенням, основною причиною відмови елемента є не руйнування розчинника, накопичення "мертвого" літію або порушення сольватаційного середовища, а безперервне споживання електролітної солі LiFSI, при цьому 71% її споживається до кінця терміну служби. Ці результати наголошують на необхідності розширення галузевого фокуса за межі кулонівської ефективності акумуляторів (CE), що тривалий час вважалася ключовим показником для LMB, а також включення довговічності електроліту як критичного чинника для стійкої продуктивності.

Ґрунтуючись на цих висновках, CATL оптимізувала склад електроліту, ввівши розріджувач з меншою молекулярною масою. Це коригування збільшило масову частку солі LiFSI, поліпшило іонну провідність і знизило в'язкість, водночас не збільшуючи загальну масу використовуваного електроліту. Одержаний прототип LMB, демонструючи ту саму CE, що і попередня ітерація, подвоює циклічний ресурс до 483 циклів і може застосовуватися в нових конструкціях зі щільністю енергії понад 500 Вт-год/кг. Говорячи простішими словами, CATL обіцяє одночасно ефективні та довговічні батареї.

Дослідження було проведено в лабораторії 21C Lab компанії CATL, яка зосереджена на розвитку батарейних технологій наступного покоління. У 2024 році CATL інвестувала загалом близько 18,6 мільярда юанів (2,59 мільярда доларів США) в дослідження і розробки.