Sinusuri ng CATL ang mga Lithium-Air na Baterya Habang Nananatiling Layunin sa Pananaliksik ang 2,000 Km na Saklaw ng mga De-kuryenteng Sasakyan

Nagsisimula sa mahirap na suliranin sa kimika ang mas mahabang saklaw

Sinusuri ng CATL ang mga lithium-air na baterya na may teoretikal na partikular na enerhiya na humigit-kumulang 3,505 watt-hour kada kilo, isang bilang na pinagbabatayan ng mga pagtatayang makakabiyahe ang mga de-kuryenteng sasakyan nang 2,000 kilometro sa iisang karga. Tinukoy ni punong siyentista Wu Kai ang teknolohiyang ito bilang direksiyon ng pananaliksik sa hinaharap sa 2026 Equipment Powerhouse Forum sa Beijing. Ang agarang hamon ay gawing rechargeable, matibay at praktikal para sa sasakyan ang kimika nito.

Wala pang inanunsiyong sasakyang pangproduksiyon na kayang bumiyahe sa gayong layo o petsa ng komersiyal na paglulunsad ng mga lithium-air na baterya ang Contemporary Amperex Technology Co. Limited, ang tagagawa ng baterya sa China na kilala bilang CATL. Pagtataya ang bilang na 2,000 km, batay sa potensiyal ng kimika nitong mag-imbak ng malaking enerhiya kumpara sa bigat nito.

Inilalagay ng roadmap ni Wu para sa pananaliksik ang teknolohiyang ito sa gawaing pangmatagalan ng kumpanya, mahigit isang dekada pa ang layo. Ayon din sa mga ulat tungkol sa kanyang mga pahayag, nakamit ng laboratoryong programa ng CATL ang partikular na enerhiyang lampas 1,000 Wh/kg at habang-buhay na 500 siklo ng pagkarga at pagdiskarga. Para maisalin ang pag-unlad sa laboratoryo tungo sa isang kumpletong baterya, kailangan ng kagamitan para kontrolin ang pumapasok na hangin, protektahan ang mga reaktibong materyal at panatilihing matatag ang pagganap sa paulit-ulit na paggamit.

Nakakatulong ang pananaliksik sa China at Estados Unidos upang maunawaan kapwa ang pang-akit at hamon ng teknolohiyang ito. Naipakita ng mga siyentista ang daan-daang siklo sa ilang disenyo at hindi bababa sa 1,000 siklo sa isa pa. Sinusuri rin nila kung bakit bumabara sa mga electrode ang mga solidong produkto ng reaksiyon at kung bakit nahihirapang makarating ang oxygen sa mga bahaging nalilikha ang kuryente.

Paano gumagamit ng oxygen mula sa hangin ang baterya

Inililipat ng karaniwang lithium-ion na baterya ang mga lithium ion sa pagitan ng dalawang electrode na naglalaman ng mga materyal na nag-iimbak sa mga ito. Sa halip, gumagamit ang lithium-air na baterya ng metalikong lithium sa negatibong electrode at oxygen bilang reaktibo sa positibong electrode. Ang electrode ay bahagi ng baterya kung saan nagaganap ang reaksiyong lumilikha o nag-iimbak ng kuryente.

Sa karaniwang disenyo ng lithium-air, nagrereaksiyon ang lithium at oxygen habang nagdidiskarga upang bumuo ng lithium peroxide sa loob ng buhaghag na positibong electrode. Dumadaloy ang mga electron sa panlabas na sirkito at nagbibigay ng kuryente. Nilalayong baligtarin ng pagkarga ang prosesong ito: sirain ang lithium peroxide, magpalabas ng oxygen at ibalik ang metalikong lithium.

Nababawasan ng oxygen na nagmumula sa labas ng selula ang pangangailangang magdala ng karaniwang materyal para sa positibong electrode na naglalaman na ng lahat ng reaktibo sa simula pa lang. Dahil dito, napakataas ng teoretikal na partikular na enerhiya ng kimikang lithium-air. Kapalit nito, kailangang pangasiwaan ng bateryang kumukuha ng hangin ang mga gas at halumigmig na hindi nakakapasok sa selyadong karaniwang selula.

Sinusuri ng mga mananaliksik ang ilang bersiyon ng kimikang ito. May gumagamit ng mga likidong electrolyte, ang mga materyal na nagdadala ng ion sa pagitan ng mga electrode. May iba namang gumagamit ng gel o solidong materyal. Maaaring magkaiba ang mga produkto ng reaksiyon at kondisyon ng pagpapatakbo ng mga ito, na mahalagang isaalang-alang sa paghahambing ng kanilang pagganap.

Bakit kapwa lumilitaw ang 3,505 at 12,000 Wh/kg

Nagmumula ang karaniwang binabanggit na bilang na 3,505 Wh/kg sa teoretikal na reaksiyon ng lithium peroxide at kabilang dito ang bigat ng reaktibong oxygen. Hindi isinasama sa pagkalkula ng bigat ang oxygen sa mga bilang na papalapit sa 12,000 Wh/kg. Samakatuwid, magkaiba ang batayan ng mas mataas na bilang.

May dagdag na electrolyte, mga estruktura ng electrode, separator, piyesang pananggalang at kagamitang pangkontrol ng hangin ang isang kumpletong baterya. Kailangan din ng baterya ng sasakyan ng mga koneksiyon, kaha at kontrol sa temperatura. Bawat piyesa ay nagdaragdag ng bigat o kumokonsumo ng espasyo, kaya bumababa ang enerhiyang naiimbak kada kilo ng buong sistema.

Bilang paghahambing, karaniwang inilalarawan sa mga ulat ng pananaliksik ang mga kumbensiyonal na lithium-ion na selula bilang may humigit-kumulang 200 hanggang 300 Wh/kg, habang nasa 350 Wh/kg naman ang ilang mas abanteng disenyo. Katumbas ng humigit-kumulang sampu ang 3,505 na hinati sa 350. Ang praktikal na hamon ay mapanatili ang sapat na bentahe ng kimika matapos buuin sa paligid nito ang lahat ng kinakailangang kagamitan.

Nagmumula ang pahayag na limang ulit ang partikular na enerhiya ng lithium-air kumpara sa mga solid-state na baterya sa paghahambing ng humigit-kumulang 3,500 Wh/kg at teoretikal na bilang na 700 Wh/kg para sa solid-state. Para maging makabuluhan ito sa mga tsuper, kailangang ihambing ang kumpletong mga bateryang sinukat sa magkakatulad na kondisyon, kabilang ang nagagamit na kapasidad, lakas at tibay.

Ano talaga ang sinusukat ng mga resulta sa laboratoryo

Iniulat ng mga mananaliksik mula sa Jilin University at Chinese Academy of Sciences ang isang lithium-air na pouch cell na umabot sa 757.5 Wh/kg sa isang pag-aaral noong 2024 na inilathala sa Advanced Energy Materials. Gumamit ang disenyo nila ng polymer electrolyte na naging gel sa loob ng selula. Naipakita rin nila ang 241 siklo sa laboratoryo sa itinakdang kondisyon na 500 milliampere kada gramo at limitasyon ng kapasidad na 1,000 milliampere-hour kada gramo.

Mahalaga ang mga kondisyon ng pagpapatakbo dahil bahagi lamang ng potensiyal na kapasidad ng selula ang maaaring gamitin sa isang siklo. Mas nagiging kapaki-pakinabang ang bilang ng mga siklo kapag alam din ng mga mambabasa kung gaano kalalim ang pagdiskarga sa selula, gaano kabilis ito pinaandar at gaano karaming kapasidad ang napanatili nito.

Inilarawan ng mga mananaliksik mula sa Illinois Institute of Technology at Argonne National Laboratory ang isa pang paraan sa Science noong 2023. Nakumpleto ng kanilang solid-state na lithium-air na disenyo ang hindi bababa sa 1,000 siklo sa temperatura ng silid. Gumamit ito ng reaksiyong bumubuo ng lithium oxide sa halip na lithium peroxide na matatagpuan sa mas pamilyar na disenyo.

May ilang paglalarawang naglalagay sa resulta ng Argonne at Illinois Tech noong 2025 at naghaharap sa 1,200 Wh/kg bilang pagganap ng nabuong prototype. Inilarawan ng pag-aaral sa Science noong 2023 ang bilang na iyon bilang teoretikal na potensiyal. Ang naipakitang resulta nito ay ang kakayahan ng eksperimental na disenyo na makayanan ang paulit-ulit na siklo.

Samakatuwid, magkakaibang tanong ang sinasagot ng mga iniulat na bilang ng CATL mula sa laboratoryo, ng resulta sa pouch cell at ng eksperimento sa solid-state sa Estados Unidos. Magkakasama, ipinapakita ng mga ito na nagsisikap ang mga mananaliksik na makalikha ng mas magaan na imbakan ng enerhiya habang nilulutas ang hiwalay na hamon ng pagpapanatiling gumagana ng baterya sa paulit-ulit na pagkarga.

Iskedyul ng pananaliksik na nagsimula noong 2009

Matagal nang interesado ang industriya ng sasakyan sa mga lithium-air na baterya bago pa ang pinakahuling mga pahayag ng CATL. Kabilang sa kasaysayan ng pananaliksik ang mga ambisyosong target para sa mga sasakyan, eksperimento sa mga solidong electrolyte at detalyadong pagsusuri sa mga reaksiyon sa loob ng mga electrode.

• 2009: Inilunsad ng IBM ang proyektong Battery 500, na naglalayong gumawa ng baterya para sa de-kuryenteng sasakyan na kayang bumiyahe nang 500 milya, o humigit-kumulang 805 km, sa bawat karga.
• 2023: Inilathala sa Science ng mga mananaliksik mula sa Illinois Tech at Argonne ang kanilang pag-aaral sa solid-state na lithium-air, na nag-ulat ng hindi bababa sa 1,000 siklo sa temperatura ng silid.
• 2024: Iniulat sa isang pag-aaral sa Advanced Energy Materials ang lithium-air na pouch cell na may 757.5 Wh/kg at 241 siklo sa itinakdang mga kondisyon sa laboratoryo.
• 2025: Sinuri ng mga mananaliksik mula sa University of Science and Technology of China ang pagdaloy ng oxygen at mga landas ng reaksiyon sa makakapal na electrode.
• 2026: Tinukoy ni Wu ang mga lithium-air na baterya bilang pangmatagalang direksiyon ng pananaliksik ng CATL sa Equipment Powerhouse Forum.

Hindi nauwi sa isang bateryang pangsasakyan na mabibili sa merkado ang programa ng IBM. Nakatuon ang mga sumunod na pag-aaral sa mga partikular na balakid sa kimika, kabilang ang katatagan ng electrolyte, pagdaloy ng oxygen at pagbuo ng mga solidong produkto ng reaksiyon.

Bahagi ng baterya ang suplay ng hangin

May singaw ng tubig at carbon dioxide ang hangin sa labas bukod sa oxygen. Maaaring makipagreaksiyon sa metalikong lithium ang halumigmig, samantalang maaaring bumuo ng lithium carbonate ang carbon dioxide. Kumokonsumo ng mga kapaki-pakinabang na materyal ang mga hindi kanais-nais na reaksiyon at nag-iiwan ng mga depositong nagpapababa sa pagganap.

Kaya mangangailangan ang praktikal na sistemang lithium-air ng kontroladong pasukan ng hangin, pagsasala at pamamahala ng halumigmig. Depende sa disenyo nito, maaaring kailanganin din ang mga bomba, bentilador o iba pang kagamitang magpapadaloy ng mga gas sa baterya. Kumokonsumo ng espasyo ang mga piyesang ito at bahagi ng kuryenteng nalilikha ng baterya.

Tinataya sa isang pag-aaral noong 2023 sa Journal of Energy Storage na kakainin ng mga pantulong na kagamitan ang 5.4% ng lakas ng baterya sa iminungkahing pagkakabuo nito para sa sasakyan. Kung 100 yunit ng lakas ang inilalabas ng baterya, 5.4 na yunit ang mapupunta sa pantulong na sistema. Para sa iminungkahing disenyong iyon ang pagtataya; magkakaiba ang pangangailangan ng ibang mga pagkakabuo.

Sa loob ng positibong electrode, maaaring unti-unting punuin ng lithium peroxide ang mga butas na kailangan upang makadaloy ang oxygen. Mistulang esponghang buhaghag na napupuno ng solidong materyal ang prosesong ito: habang kumakaunti ang bakanteng espasyo, kumakaunti rin ang mga daanan ng oxygen at ang puwang para sa karagdagang produkto ng reaksiyon.

Pinag-aralan ni Propesor Peng Tan at ng kanyang mga kasamahan sa University of Science and Technology of China kung paano naaapektuhan ng pagdaloy ng oxygen ang mga reaksiyon sa makakapal na electrode. Sinuri sa kanilang pananaliksik noong 2025 kung paano binabago ng resistensiya sa paggalaw ng materyal ang mga landas ng reaksiyon sa iba’t ibang bahagi. Sinuri rin sa kaugnay na pananaliksik na binanggit sa mga ulat kung paano mapagbubuti ng pagsasaayos sa konsentrasyon ng lithium ion ang kapasidad sa pagdiskarga sa pamamagitan ng pagbabago sa mga bahaging pinagbubuuan ng lithium peroxide.

Kailangang paulit-ulit na maibalik ng pagkarga ang kimika

Kailangang alisin ng pagkarga ang mga produkto ng pagdiskarga mula sa positibong electrode at buuing muli ang negatibong electrode na lithium. Maaaring makasira sa electrolyte at iba pang piyesa ang mga side reaction, kaya unti-unting bumababa ang enerhiyang maiimbak ng selula.

Isa pang hamon ang metalikong lithium. Maaaring mabuo ang mga di-pantay na estruktura, kabilang ang mga maninipis na tumubong parang karayom na tinatawag na dendrite, kapag paulit-ulit itong nade-deposito habang nagkakarga. Kung tumagos ang mga ito sa separator sa pagitan ng mga electrode, maaari silang magdulot ng short circuit. Kailangang kontrolin ng mga mananaliksik ang prosesong ito habang pinananatili ang kapaki-pakinabang na bilis ng pagkarga at kapasidad.

Mahalaga rin sa pang-araw-araw na paggamit ang kahusayan sa enerhiya. Ang kahusayan sa buong siklo ay tumutukoy sa bahaging maaaring mabawi sa kuryenteng inilagay sa baterya. May mga disenyo ng lithium-air na iniulat na mas mababa sa 70% ang kahusayan, kumpara sa mahigit 95% para sa mga lithium-ion na baterya. Nag-iiba ang mga bilang na ito ayon sa disenyo at kondisyon, ngunit ipinapaliwanag ng mga ito kung bakit bahagi lamang ng gawaing pang-inhinyeriya ang pag-iimbak ng mas maraming enerhiya kada kilo.

Sa 70% na kahusayan, kailangang magpasok ng 100 yunit ng kuryente upang makabawi ng 70 yunit. Maaaring maging init ang enerhiyang nawawala habang nagkakarga at nagdidiskarga, kaya nadaragdagan ang pangangailangan sa pagpapalamig at pagkonsumo ng kuryente. Makakatulong samakatuwid ang pagpapahusay sa kakayahang baligtarin ang reaksiyon sa tibay, gastos sa pagkarga at kontrol sa temperatura.

Ano ang kakailanganin ng sasakyang bumibiyahe nang 2,000 km

Nakasalalay ang saklaw ng sasakyan sa nagagamit na enerhiya ng baterya at sa kuryenteng kinokonsumo nito kada kilometro. Mahalaga ang bigat ng baterya, ngunit mahalaga rin ang laki ng sasakyan, bilis, aerodinamika, temperatura at lakas na ginagamit sa pagpapalamig, pagpapainit at pamamahala ng hangin.

Inilalarawan ng partikular na enerhiya ang dami ng enerhiyang naiimbak kada kilo. Inilalarawan naman ng volumetric energy density ang enerhiyang naiimbak sa isang takdang espasyo. Ang lakas ay tumutukoy sa bilis ng pagbibigay ng kuryente ng baterya. Kailangang sapat ang tatlong ito para sa isang pampasaherong sasakyan upang magkasya ang baterya nito, makabiyahe ito nang kapaki-pakinabang na distansiya at makapagbigay ng lakas para sa arangkada o tuluy-tuloy na pagmamaneho.

Maaaring maging bentahe ng lithium-air na selula ang magaan nitong timbang, ngunit mangangailangan ito ng dagdag na espasyo para sa mga daluyan ng gas at kagamitang pangproseso. Kailangan ding panatilihin ng mga inhinyero ang daloy ng oxygen kapag tumataas ang pangangailangan sa kuryente. Kaya kailangan ng pagtataya sa saklaw ang malinaw na itinakdang sasakyan, kumpletong disenyo ng baterya at pagsubok sa pagmamaneho bago ito maihambing ng mga mamimili sa mga kasalukuyang sasakyan.

Mababago ng pagpapalitan ng baterya kung paano kinakargahan, sineserbisyuhan at inililipat ang mga pakete ng baterya sa pagitan ng mga sasakyan. Kakailanganin pa ring lutasin ang batayang kimika upang maibalik ang kapasidad na nawala dahil sa pagkasira ng electrolyte o mga depositong hindi na mababawi. Haharapin din ng mga palitang bateryang magagamit sa iba’t ibang sasakyan ang gayunding gastos na dulot ng tibay.

Kung saan inilalagay ng CATL ang teknolohiya

Ang mga mas malapit na prayoridad ng CATL ay mga sodium-ion na baterya at mga all-solid-state na baterya. Ayon sa mga ulat tungkol sa mga pahayag ni Wu noong 2026, layunin nitong magsimula ng malawakang produksiyon ng sodium-ion sa 2026 at posibleng magkaroon ng maliliit na produksiyon ng solid-state na baterya sa 2027, habang inilalagay ang pananaliksik sa lithium-air sa panahong mahigit sampung taon pa ang layo.

Magkaibang aspekto ng baterya ang tinutukoy ng solid-state at lithium-air. Tumutukoy ang solid-state sa electrolyte. Tumutukoy naman ang lithium-air sa reaksiyong kinasasangkutan ng lithium at oxygen. Maaaring pagsamahin ng mga mananaliksik ang dalawa, gaya ng ginawa sa eksperimento ng Argonne at Illinois Tech gamit ang pinagsamang solid electrolyte na may lithium-based na mga nanoparticle sa loob ng polymer.

Tinukoy rin ang mga mabibigat na sasakyan at imbakan para sa kuryenteng mula sa araw at hangin bilang mga posibleng paggagamitan. Mangangailangan ang bawat isa ng magkakaibang balanse sa bigat, espasyo, kahusayan, gastos at haba ng panahong magagamit. Maaaring mauna ang maliliit na aplikasyon sa mga espesyalisadong lugar bago ang malawakang paggamit sa mga pampasaherong sasakyan, bagaman mga pagtataya pa rin ang mga palagay na aabutin ito ng lima hanggang sampung taon.

Para sa mga tsuper, ang tiyak na pag-unlad ay ang paglalaan ng isang malaking tagagawa ng baterya ng pangmatagalang pananaliksik sa kimikang may malaking potensiyal na magpababa sa bigat ng imbakan. Nakatuon ngayon ang gawain sa pagsasabay-sabay ng pagdaloy ng oxygen, kahusayan sa pagkarga at katatagan ng materyal sa isang kumpletong sistema.

Mahahalagang Punto

• Tinukoy ni Wu Kai, punong siyentista ng CATL, ang mga lithium-air na baterya bilang pangmatagalang direksiyon ng pananaliksik sa isang forum sa Beijing noong 2026.
• Nagmumula sa potensiyal na pag-iimbak ng enerhiya, hindi sa pagsubok ng sasakyang pangproduksiyon, ang inaasahang saklaw na 2,000 km.
• Magkaiba ang mga palagay sa likod ng teoretikal na bilang na 3,505 at halos 12,000 Wh/kg, depende kung isinasama sa pagkalkula ang bigat ng oxygen.
• Naipakita sa mga pag-aaral sa laboratoryo ang pag-unlad sa partikular na enerhiya at pagganap sa paulit-ulit na siklo, gamit ang magkakaibang disenyo at kondisyon ng pagsubok.
• Nananatiling malalaking hamon sa inhinyeriya ang pagsasala ng hangin, mga deposito sa electrode, katatagan ng lithium at pagkawala ng enerhiya.
• Wala pang inanunsiyong petsa ng komersiyal na paglulunsad ang CATL para sa bateryang lithium-air ng sasakyan.