Чем занимается разработка литий-серных аккумуляторов

Литий-серные батареи уже давно считаются перспективной технологической альтернативой литий-ионным батареям. Согласно недавнему пресс-релизу Института системных и инновационных исследований ISI Фраунгофера, текущий анализ патентов и исследовательских проектов показывает, какие игроки в настоящее время формируют развитие, где находятся технологические фокусы и как Европа позиционируется в международных сравнениях.

Основное преимущество литий-серных батарей (Li-S) заключается, прежде всего, в высокой гравиметрической плотности энергии, которую они могут достичь. К этому добавляется высокая доступность серы в качестве сырья и перспектива использования катодной химии без никеля и кобальта. Однако технология все еще далека от своего теоретического потенциала. Ограниченный срок службы, сложные механизмы деградации и открытые вопросы, касающиеся промышленного внедрения, до сих пор не позволяют литий-серным батареям стать коммерчески доступными.

Тем не менее интерес к Li-S батареям не пропал. Новые области применения, в которых вес играет особенно важную роль, снова привлекают внимание к этой технологии. Сюда также входят дроны и другие беспилотные летательные аппараты. На этом фоне возникает вопрос, можно ли увидеть новую динамику в патентной деятельности и исследовательских проектах – и какую роль в этом играет Европа. Следующая классификация основана на анализе патентных заявок, патентных грантов и исследовательских проектов в Германии и Европе.

Патентная активность: ранний импульс, позднее стагнация

Анализ временных рядов патентов показывает, что исследования и разработки в области Li-S аккумуляторов начались рано и значительно возросли примерно с 2010 года. Число новых международных патентных заявок выросло примерно до 600 заявок в год, достигнув пика в 2018 году. С тех пор динамика характеризуется стагнацией или небольшим ослаблением. Обычная задержка во времени очевидна при выдаче патентов; Здесь наблюдается пик в 2021 году. Однако самые последние винтажи следует интерпретировать с осторожностью, поскольку патентные данные за 2024, 2025 годы и далее могут быть неполными.

Интересны и изменения в составе претендентов. Если до 2020 года соотношение между промышленностью и исследовательскими институтами было относительно равным, то с 2020 года около двух третей регистраций приходится на исследовательские институты и около трети на компании. Это говорит о том, что Li-S батареи по-прежнему находятся под сильным влиянием научных и технологических разработок. Для технологии, которая уже находится на грани широкого промышленного внедрения, следует ожидать большего веса промышленных игроков в производстве клеток, производственных процессах и системной интеграции.

Китай доминирует по всем направлениям, LG выделяется на мировом рынке

На региональном уровне сильная роль Китая особенно заметна. Примерно с 2015 года китайские организации доминируют по абсолютному количеству патентных заявок на Li-S аккумуляторы. В то же время при интерпретации подобных объемов следует проявлять осторожность. Во многих технологических областях патенты в Китае не обладают такой же избирательностью или такой же стратегической направленностью, как портфели международных патентов в Европе, Японии или США. Поэтому большое количество китайских заявок не является чем-то необычным и не может быть легко отождествлено с технологическим лидерством или близостью к коммерциализации. Однако они показывают, что эта тема широко рассматривалась в Китае на протяжении многих лет.

Поразительно также, что ведущие китайские абитуриенты преимущественно представляют университетский сектор. Оценка лучших кандидатов в Китае формируется университетами и исследовательскими институтами. Появляются крупные китайские производители аккумуляторов, но в абсолютном выражении они играют лишь незначительную роль. Это также говорит о том, что значительная часть деятельности все еще находится на доиндустриальном уровне.

В то же время в мире особенно выделяется один игрок: LG из Южной Кореи. Компания работает через LG Chem и LG Energy Solution и является наиболее заметным индивидуальным игроком на патентной арене не только среди некитайских заявителей, но и в целом. Среди некитайских игроков очень большая часть регистраций была осуществлена ​​компанией LG с 2020 года, иногда в одиночку, а иногда в сотрудничестве с исследовательскими институтами. Это примечательно, поскольку, в отличие от многих других игроков, LG уже имеет большой опыт производства промышленных аккумуляторов. Для последующей коммерциализации актуальны не только материальные инновации, но и масштабирование ноу-хау, производственного опыта и доступа к клиентам. В то же время остается неясным, возобладает ли в конечном итоге технологический путь, выбранный LG. Технологическая основа Li-S аккумуляторов остается настолько открытой, что другие игроки также могут внести важный вклад в будущем.

Помимо LG, среди видимых некитайских претендентов можно назвать Global Graphene Group, Lyten и других преимущественно корейских игроков. Напротив, Европа до сих пор играла лишь ограниченную роль в патентном процессе. Представлены такие компании и организации, как Saft, Theion, Umicore, CEA и BASF, но со сравнительно небольшим количеством регистраций.

Технологический фокус: материальные вопросы доминируют

Оценка технологической направленности патентов показывает, что большая часть деятельности сосредоточена на катоде серы и процессе его производства. Также широко представлены патенты на электролит, сепаратор и общие разделительные слои. Напротив, патенты на производство элементов, системную интеграцию и аккумуляторные системы до сих пор выдавались значительно реже. Это соответствует технологии, которая все еще активно развивается на уровне материалов и компонентов клеток, а производственные цепочки и системные вопросы еще менее развиты.

Также заметно, что новые патенты, начиная с 2020 года, в среднем кажутся более сфокусированными, чем старые. Более ранние патенты чаще затрагивали несколько технологических областей одновременно, в то время как новые заявки часто фокусируются на отдельных компонентах или подзадачах. По мнению Fraunhofer ISI, это можно понимать как признак процесса зрелости патентной сферы: по мере роста объема подготовительной работы новые заявки должны становиться более конкретными, чтобы найти пробелы, которые можно защитить.

С точки зрения содержания, центральную роль играет отказ от полисульфидного челночного механизма, побочной реакции, которая приводит к более быстрому старению батареи. Патентный ландшафт по существу разделен на два направления. Некоторые из изобретений пытаются решить проблему на уровне катода или материала, например, с помощью оксидов металлов, наноструктурированных материалов, MXenes, подходов на основе графена, систем легирования или гибридных материалов. Другая часть посвящена электролитам и сепараторным растворам, таким как электролиты с низкой растворяющей способностью для полисульфидов, специальными концентрациями анионов или функциональными сепараторами с физическими или химическими барьерными эффектами. Тот факт, что значительная часть патентной деятельности сосредоточена на этих фундаментальных вопросах материалов и интерфейсов, подчеркивает, что Li-S аккумуляторы еще не достигли фазы широкой промышленной дифференциации в технологическом отношении.

Европа до сих пор имела ограниченную позицию по патентам на литий-серные батареи.

Это приводит к неоднозначной картине для Европы. С одной стороны, данные о патентах показывают, что европейские игроки пока заметны лишь выборочно и не играют решающей роли в глобальной конкуренции за интеллектуальную собственность (ИС). С другой стороны, Lyten, стартап Li-S, в последнее время стал более заметным в Европе, не в последнюю очередь благодаря поглощению деятельности Northvolt. Это можно рассматривать как возможность более тесно связать Li-S батареи с европейской промышленной средой. В то же время патентная ситуация показывает, что Европа пока смогла предложить такому игроку лишь ограниченный набор собственных защищенных Li-S-технологий. Таким образом, сотрудничество представляется возможным, но оно может развиваться скорее по существующим технологическим направлениям Lyten, чем на основе широкой европейской позиции в области интеллектуальной собственности.

Еще неизвестно, найдут ли Li-S-батареи скорое коммерческое применение. Патентный ландшафт и ландшафт проектов показывают, что эта технология продолжает серьезно развиваться и остается актуальной для приложений с высокой гравиметрической плотностью энергии. В то же время направленность патентования указывает на то, что необходимы значительные усилия в области исследований и разработок, прежде чем решения, связанные с материалами, станут надежными элементами, промышленными процессами и рыночными системами.

Источник: Fraunhofer ISI – пресс-релиз от 18 июня 2026 г.