Jak działają ogniwa CATL wytrzymujące 1 500 000 kilometrów? Na początku ZYSKUJĄ pojemność zamiast tracić

Konto Battery Bulletin na Iksie – warto obserwować – opublikowało rezultaty swoich przemyśleń na temat nowych ogniw CATL + Yutong, które oferowane będą z gwarancją na 1,5 miliona kilometrów lub 15 lat. Okazuje się, że brak utraty pojemności po pierwszym 1 000 cykli może brać się ze sprytnej sztuczki, „doładowania” ogniw litem, co w efekcie powoduje, że na początkowym etapie pojemność ogniw rośnie, zamiast spadać, jak to „powinno być”.

Długowieczne ogniwa CATL z bliska

Podstawowa informacja jest taka, że nowe ogniwa CATL + Yutong wykorzystują chemię litowo-żelazowo-fosforanową, która sama w sobie jest stosunkowo długowieczna. Ale w przypadku typowego ogniwa Li-ion pierwsze kilkadziesiąt do kilkuset cykli to gwałtowny spadek pojemności (od -2 do -5 procent w zależności od tego, jak został wyskalowany BMS) biorący się z faktu wiązania jonów litu w procesie pasywacji. Warstwa pasywna (ang. SEI) na elektrodach pełni funkcję ochronną, jednak bezpowrotnie wiąże część litu, który przecież odpowiada za pojemność ogniwa.

Producenci ogniw Li-ion od dawna zastanawiali się, jak wprowadzić do ogniwa dodatkowy lit, żeby nie spowodować wzrostu litowych dendrytów, ale żeby maksymalnie wykorzystać pojemność elektrod i zrekompensować straty w procesie pasywacji. Eksperymentowano z różnymi mechanizmami pokrywania elektrod litem (folia, osobno nanoszona warstwa metalu, bardzo wyczerpująca synteza informacji TUTAJ), by ten rozpuścił się w elektrolicie i został przechwycony.

Battery Bulletin ocenia, że CATL mogło wykorzystać czynnik prelitujący (ang. prelithiation agent) oparty na strukturze antyfluorytu, czyli taki, w którym liczba atomów tlenu jest dwukrotnie niższa niż pozostałych pierwiastków (M2X, patrz TUTAJ). W typowych ogniwach Li-ion pozwala on na uzyskanie dodatkowej pojemności, która utrzymuje się przez co najmniej kilkaset cykli pracy. CATL mówi o „braku degradacji po 1 000 cykli”, czyli o 100 procent fabrycznej pojemności po 1 000 cyklach. Widać to na wykresie innego producenta baterii, firmy REPT Battero:

Dlaczego ogniwa trafiły najpierw do autobusów i czy mają szansę na debiut w samochodach elektrycznych? Odpowiedź na pierwszą część pytania to prawdopodobnie koszty oraz niższa gęstość energii – w autobusach żaden z tych parametrów nie stanowi aż tak dużego problemu. Jeśli chodzi o auta elektryczne, czynnikiem ograniczającym może być czas. Dostawy ogniw Li-ion kontraktuje się na ich określoną liczbę i termin, zatem producenci montują dziś baterie na ogniwach sprzed dosłownie kilku lat.

Jeżeli firmy zechcą oferować wyjątkowo długowieczne akumulatory – swego czasu obiecywała to Toyota – to CATL ma dla nich rozwiązanie. Warto wszak przypomnieć, że Toyota też ma już sposób na regenerację ogniw Li-ion. Doładowuje je litem w inny sposób, wstrzykując mieszankę chemikaliów do elektrolitu. Efektem jest kilkadziesiąt do setek dodatkowych cykli pracy.