Надежда и за Европа в развитието на технологиите на литиево-йонните клетки

01 Jul 2026

 

„Бъдещето е в твърдотелните литиево-йонни клетки“ вече звучи като клише, но изследванията на някои компании показват, че те могат да помогнат и за създаване на нови решения по отношение на катодите и завръщане към иначе ефективната електрохимия с литиево-метален анод, от ранните години на развитието на тези батерии.    

Решението на подразделението за електрически автомобили и софтуер на Renault, Ampere, което обяви за договореността си си с испанската компания Basquevolt за ускорено разработване на литиево-йонни клетки на литиево-метална основа е лъч на надежда. Технологията за литиево-метални клетки на Basquevolt ще формира благодарение на развитието на твърдотелни клетки, използваща електролит от „твърдотелен тип полимер“, вместо конвенционален течен електролит, позволяващ използването на литиево-метални аноди. За какво става дума?

В исторически план първата литиево-йонна батерия на практика е създадена през 70-те години от американеца Майкъл Стенли Уитингам, който по това време работи в лабораториите на Exxon и открива материал който може да „съхрани“ изключително количество химическа енергия. Това е титаниевият дисулфид, в структурата на който, на молекулно ниво могат да се „интеркалират“ (помещават) литиеви йони. Той се използва като катоден материал, а за аноден тази роля изпълнява чист метален литий. Тази електрохимия така и не става практично приложима, заради образуването на литиеви дендрити, игловидни струпвания от материал, които се постепенно се разклоняват през електролита, докато достигнат катода (положителния електрод), създавайки късо съединение в клетката. След систематично проучване, през 80-те години, ученият от Масачузетския технологичен университет Джон Гудинаф открива че катодът е по-ефективен, ако се използва метален окис, а не сулфид. Той демонстрира клетка с катод от кобалтов окис с интеркалирани литиеви йони и напрежение от 4 V – два пъти по-високо от това със сулфид, тоест със значително по-голяма разлика в потенциалите между електродите. С нарастващата необходимост от акумулаторни системи, централната роля в разработките по естествен начин се поема от Япония. Използвайки катода на Гудинаф като основа, Акира Йошино създава първата практично приложима литиево-йонна батерия през 1985 година. Вместо реактивния литий, той използва за анода петролен кокс, на практика въглерод, който по подобие на кобалтовия окис може да интеркалира йони. Същинският пробив идва в началото на 90-те години – след още няколко години на експерименти с различни литиеви съединения през 1991 г. усилията на учените се увенчават с успех и Sony започва серийно производство на литиево-йонни батерии. Много по-леките от всички дотогавашни, литиевите батерии могат да бъдат зареждани многократно без промяна в структурата им, а предимството им е че технологията им не е базирана на химически реакции (като оловните акумулатори), които с времето водят до разрушаване на електродите, а двупосочното движение на литиеви йони. През 2019 година Уитигам, Гудинаф и Йошино съвместно получиха нобеловата награда за химия в приноса им за създаването и развитието на литиево-йонните клетки.   

В модерните технологични решения по отношение на литиево-йонните клетки, анодите (отрицателните електроди) продължават да бъдат изградени от графит, често с известно съдържание на силиций за подобряване на енергийната плътност. И все пак, ако бяха изработени от литиев метал (като ранните прототипи на литиево-йонни батерии), енергийната плътност на батерията по тегло би се увеличила значително. Но използването на чисто литиево-метална технология досега е създава редица трудности – освен гореспоменатите – при използване в големи батерии за електрически автомобили.

Освен образуването на дендрити, предизвикателство пред тях е фактът че обемът на клетката, базирана на тази технология се увеличава и намалява по време на зареждане и разреждане, създавайки обемни пулсации, представляващи предизвикателство при плътната компановка на батерията за електрически автомобил и ограничения на батерията по отношение обем. Изследванията на конструкцията и материалите продължават, като се предприемат няколко различни подхода, като твърдотелният електролит е възможно препятствие пред образуването на дендрити и „окъсяването“ на електродите.  

Сътрудничеството на Ampere и Basquevolt в тази област изглежда перспективно, а от Basquevolt твърдят, че технологията им може да осигури висока енергийна плътност, като същевременно намалява производствените разходи за батерии.

И все пак безопасното внедряване на литиево-метални аноди, в комбинация с никел-манган-кобалтови катоди (NMC) би довело до качествени промени както в капацитета на батерията, така и в скоростта на зареждане, приближавайки производителите до постигане на паритет с (ако не и до изравняване) времето, необходимо за зареждане на автомобил с двигател с вътрешно горене.

Коя е компанията Basquevolt

Basquevolt е компания, основана през 2022 г., фокусирана върху изследванията и производството на твърдотелни батерии. Базирана в Испания, компанията се определя като европейски технологичен лидер в технологиите за батерии от следващо поколение. Basquevolt е подкрепена от баското правителство, както и от компании като Iberdrola, CIE Automotive, Enagás, EIT InnoEnergy и CIC energiGUNE.

Компанията вече представи своята клетка BQV400L, която разполага с NMC катод, литиево-метален анод и полимерен електролит. И все пак, тя не е твърдотелна клетка в най-строгия смисъл на думата, тъй като е базирана на патентован хибриден електролит. Baskevolt твърди, че клетката бележи четвъртото поколение на литиево-металната технология и първата, която достига зрялост за серийно производство. Компанията добавя, че клетката е стандартизирана и е налична веднага.

Енергийна плътност от 402 Wh/kg

Според Basquevolt BQV400L клетките предлагат, гравиметрична енергийна плътност от 402 Wh/kg с капацитет от 27 Ah. Това ги позиционира сред най-мощните клетки, предлагани от европейски производител. Произвежда се в Испания и се състои от 75% европейски компоненти. Импулсната мощност на клетката е 8,9 C, стойност, която показва способността на клетката да отдава или абсорбира високи токове за кратко време.

Съвместим със съществуващите производствени мощности за клетки

Друг ключов аспект за специалиста по батерии е, че BQV400L е проектиран като „drop-in“ решение, което го прави „напълно съвместим със съществуващата инфраструктура на гигафабрики за клетки“. Тоест, производството на клетката не би трябвало да изисква значителни допълнителни инвестиции. Според Basquevolt, това бележи „прехода от дълбоко технологично развитие към индустриално внедряване и нова фаза на амбиция за европейско съхранение на енергия“.

През февруари Basquevolt представи дъщерното дружество на Renault Ampere като „съюзник“ в развитието на технологията. И двете страни демонстрираха съвместните си усилия за ускоряване на разработването и валидирането на литиево-метални батерии за бъдещи електрически превозни средства. В бъдеще целта на двете компании е създаване на функционална батерия с твърд електролит, но в краткосрочен план Renault очаква създаване на по-леки батерийни пакети. Според компанията „чрез комбиниране на предимствата на полимерния електролит с усъвършенстван анод, технологията има потенциала да позволи компактни, леки батерийни пакети с превъзходна термична стабилност и възможности за бързо зареждане.“

Освен това се очаква литиево-металните клетки да се произвеждат с помощта на по-опростен и по-ефективен производствен процес, благодарение именно на полимерния електролит. Да се надяваме че Basquevolt ще има много по-добра съдба от Northvolt, и че Европа междувременно е научила уроците си в актуалната среда на автомобилната индустрия.

Текст: Георги Колев

• Tweet
• Pin it
• Share