Анодные батареи — следующая революция для электромобилей?

Наноструктуры, выращенные на медной фольге, действуют как крошечные руки, направляющие ионы лития для аккуратного выравнивания, а некогда буйные дендриты теперь укрощены под руководством этих «рук».

«Ёмкость батареи увеличилась примерно на 25%, добавив почти 150 километров к запасу хода». В сентябре 2025 года японский электронный гигант Panasonic объявил о планах по разработке анодной технологии батарей в течение примерно двух лет. Как крупный поставщик батарей для Tesla, шаг Panasonic привлек значительное внимание в отрасли.

Тем временем в Шэхунге, Суйнин, Сычуань, проект с инвестициями в 5,5 миллиардов юаней в 5 000 тонн композитного анодного материала из литиевого металла для твердотельных батарей был официально подписан. Инвестор, Chongqing Lithium De Energy Technology, является одной из всего двух компаний в мире, владеющих технологией производства порошка литиевого металла.

Академическое сообщество также активно. От Северо-Западного политехнического университета до Университета Тунцзи, и от Университета Минчжи на Тайване до Университета Фучжоу, лаборатории по всему миру спешат преодолеть технические проблемы анодных батарей.

01 Что такое «анодный»?

В традиционных литиевых батареях анодный материал необходим во время производства. Однако анодные батареи не имеют никакого анодного материала на этапе производства; вместо этого анод из литиевого металла формируется внутри батареи во время её первой зарядки.

Это небольшое изменение приносит значительные преимущества. В апреле 2025 года CATL представила технологию «самогенерирующегося анода», которая повышает ионную проводимость в сто раз через наноразмерный интерфейсный слой.

Теоретическая плотность энергии является ключевым показателем. Команда под руководством профессора Ма Юэ в Северо-Западном политехническом университете разработала анодный пакетный аккумулятор, демонстрирующий удельную энергию по массе 450 Вт·ч/кг и объёмную плотность энергии 1 355 Вт·ч/л.

Эти цифры значительно превышают показатели самых передовых современных литий-ионных батарей.

02 Технические проблемы

На пути к коммерциализации анодных батарей предстоит множество проблем.

Рост литиевых дендритов является самой досадной проблемой. Не только литиевые дендриты могут привести к снижению емкости батареи, но они также могут пробить сепаратор, вызывая короткие замыкания и пожары.

Совместная исследовательская группа из Тунцзи Университета опубликовала результаты в журнале Science, впервые раскрыв явление усталостного разрушения литиевых металлических анодов твердотельных литий-ионных батарей.

«Усталость – это общая проблема, с которой сталкиваются металлические материалы при циклической нагрузке.» Исследователи обнаружили, что литиевый металлический анод подвергается усталостному разрушению из-за циклических механических нагрузок, вызванных обратимым выделением/осаждением.

Короткий срок службы является еще одной основной проблемой. В настоящее время срок службы безанодных батарей обычно составляет менее 200 циклов, что далеко от удовлетворения требований электромобилей.

Исследователи из Тайваньского университета Мин Чи отметили, что полностью беслитиевые «безанодные» батареи сталкиваются с такими проблемами, как неравномерное осаждение иононов лития и нестабильные твердые электролитические интерфейсы.

03 Инновационные решения

Для решения этих технических проблем глобальные исследовательские команды предложили различные инновационные решения.

Модификация сборника тока является одним из эффективных подходов. Исследовательская команда из Тайваньского университета Мин Чи создала двуслойный искусственный твердый электролитический интерфейс CuO/PDA на медной фольге с помощью термической окислительной и мокрых процессов.

Этот дизайн позволил Li//PDA@Cu-30 полусекции достичь кулоновской эффективности 97,80% при 1 мА см⁻², а полная ячейка LFP сохраняла 85,87% емкости после 800 циклов.

Технология предлитирования является еще одним прорывом. Команда профессора Ма Юэ из Северо-Западного политехнического университета инновационно разработала компенсирующий сепаратор для ионов лития, Li2S@C|PE.

Этот метод может добавлять необходимое количество ионов лития по запросу во время первого зарядного процесса, одновременно создавая катодный интерфейс, богатый сульфидом лития.

Инженерия интерфейсов также важна. Исследовательская группа под руководством профессора Гуань Цао, входящая в команду академика Хуан Вэя из Северо-Западного политехнического университета, создала трехмерную упорядоченную матрицу из пустотелого оксида цинка с верхним защитным слоем LiPON.

Исследования показывают, что даже при 100%-ном использовании полостей, эта система может обеспечивать эффективные и обратимые процессы осаждения-выделения лития в трехмерных полостях, сохраняя структурную целостность.

04 Прогресс индустриализации

Технология без анода/литиевого металлического анода находится на грани перехода от лаборатории к промышленному применению.

Panasonic планирует разработать технологию батарей без анода в течение примерно двух лет. Эта технология, как ожидается, увеличит емкость аккумуляторов электромобилей примерно на 25%.

В Китае компания Chongqing Lithium Energy Technology Co., Ltd. официально подписала проект по производству 5,000 тонн композитного литиевого металлического анодного материала для твердотельных батарей с инвестицией в 5,5 миллиарда юаней.

Компания планирует достичь уровня мощности 400 тонн к 2026 году; достичь уровня мощности 800 тонн и подать заявку на IPO к 2027 году; и достичь уровня мощности 5,000 тонн к 2030 году.

Сотрудничество между академическими и промышленными кругами также усиливается. Лаборатория Цинхуа Университета и Chongqing Lithium Energy Technology совместно проводят исследования по промышленному применению литиевых металлических и твердотельных анодных материалов для батарей.

05 Перспективы

С учетом продолжающихся исследований, перспективы технологии батарей без анода выглядят многообещающе.

Обзорная статья, опубликованная в журнале Advanced Materials профессором Чжэн Юном из Фучжоуского университета и его коллегами, систематически анализирует вызовы, с которыми сталкиваются твердотельные литиевые металлические батареи без анода, с точки зрения «эффективной потери лития».

Они инновационно предложили формулу «Эффективная потеря лития = Невосстановимая потеря лития + Медленная литиевая кинетика», предоставляя новые идеи для последующих исследований.

Исследовательская группа Тайваньского университета Мин Чи обнаружила, что атомы азота в полидопамине регулируют осаждение лития через механизм «захвата-компенсации», обеспечивая равномерное осаждение лития.

Этот био-вдохновленный материал PDA, в сочетании с оксидами металлов, предлагает новую стратегию для решения ключевых узких мест литиевых металлических батарей.

Батареи без анода имеют значительное преимущество в плотности энергии. Однако вопросы циклического ресурса и безопасности остаются узкими местами.

Профессор Ма Юэ из Северо-Западного политехнического университета отметил, что пакетная батарея без анода уровня ампер-часов, использующая стратегию предварительно литированного сепаратора, достигла удельной энергии 450 Вт·ч/кг.

Однако переход от лабораторных монетных элементов к автомобильным высокопроизводительным батареям требует решения целого ряда проблем, включая деградацию интерфейса, коллапс структуры катода и необратимое осаждение лития.

Сроки выхода этой технологии из лаборатории и достижения коммерческого массового производства могут составить около 2026-2027 годов. К тому времени запас хода электромобилей достигнет нового уровня.