Nový akumulátor QuantumScape s pevným elektrolytem vydržel 1 000 cyklů nabití a vybití. Jeho největší úspěch je ale jinde
Americká společnost QuantumScape, která vyvíjí akumulátorové technologie, představila platformu akumulátorů s pevným elektrolytem Osprey. Testovací článek si po 1 000 úplných cyklech nabití a vybití zachoval přibližně 80 % původní kapacity. Ještě důležitější je, že pracoval při vnějším tlaku pouhé jedné atmosféry. To by mohlo pomoci vyřešit jeden z nejtěžších problémů akumulátorů s pevným elektrolytem: potřebu těžkých a nákladných konstrukcí udržujících tlak.
Akumulátor s pevným elektrolytem bez kapalného elektrolytu
Osprey kombinuje keramický separátor společnosti, konstrukci bez předem vytvořené anody a katodu obsahující pevný elektrolyt na bázi sulfidů.
Na rozdíl od dřívější platformy QSE nová konstrukce nepoužívá v katodě kapalný elektrolyt. Osprey je tak článkem se zcela pevným elektrolytem.
Konstrukce bez předem vytvořené anody znamená, že při výrobě akumulátor nemá samostatnou anodu z kovového lithia. Během prvního nabíjení se na povrchu keramického separátoru ukládá kovové lithium a vytváří vrstvu potřebnou k ukládání energie.
Tento přístup umožňuje snížit spotřebu materiálu a zvýšit energetickou hustotu. Výzvou však zůstává nerovnoměrné ukládání lithia a udržení kontaktu mezi pevnými materiály.
Elektrolyty na bázi sulfidů dobře vedou lithiové ionty, ale mnohé stávající konstrukce akumulátorů s pevným elektrolytem vyžadují vysoký vnější tlak. Bateriový blok je kvůli tomu těžší a konstrukčně složitější.
1 000 cyklů bez masivní konstrukce udržující tlak
QuantumScape testovala dvouvrstvý akumulátorový článek s katodou o rozměrech 50 × 65 mm.
Při teplotě 30 °C a vnějším tlaku jedné atmosféry článek absolvoval 1 000 úplných cyklů nabití a vybití. Rychlost nabíjení i vybíjení byla 1C a plošná kapacita katody činila 5,5 mAh/cm².
Na konci testu si článek zachoval přibližně 80 % původní kapacity.
Pro srovnání: některé akumulátory s pevným elektrolytem na bázi sulfidů vyžadují tlak v řádu desítek atmosfér. U velkého bateriového bloku by to znamenalo značnou hmotnost navíc.
Výsledek Osprey naznačuje možnost, jak toto omezení překonat.
Je však nutné zohlednit velikost testovacího článku. Jeho kapacita byla přibližně 0,3–0,4 Ah, zatímco dřívější článek QSE-5 od QuantumScape má kapacitu kolem 5 Ah.
Společnost tedy prokázala funkčnost technologie v malém laboratorním článku, nikoli zatím v akumulátoru pro elektromobil vhodném pro sériovou výrobu.
Pětiminutové nabíjení vyžadovalo teplotu 80 °C
QuantumScape představila i další působivé výsledky.
Podle výrobce dokázal Osprey zvýšit stav nabití akumulátoru z 10 % na 80 % za pět minut. Test však probíhal při 80 °C, tedy při teplotě vyšší, než je běžná provozní teplota typického akumulátoru elektromobilu.
Společnost také předvedla provoz akumulátoru při −20 °C. Malý jednovrstvý článek si při tomto testu zachoval přibližně 68 % kapacity naměřené při pokojové teplotě. Při testu byl použit poměrně nízký vybíjecí proud.
QuantumScape pro Osprey předpokládá energetickou hustotu až 1 100 Wh/l. Této hodnoty však zatím nebylo dosaženo u dokončeného velkoformátového článku.
Pro srovnání: testovací článek QSE-5 společnosti má objemovou energetickou hustotu přibližně 844 Wh/l.
Při hodnocení výsledků Osprey je proto třeba rozlišovat tři věci: naměřenou životnost, rychlost nabíjení dosaženou za zvláštních podmínek a předpokládanou budoucí energetickou hustotu.
Partnerství s Volkswagenem dává QuantumScape výhodu
Jedním z nejdůležitějších partnerů QuantumScape je PowerCo, společnost skupiny Volkswagen zaměřená na akumulátory.
Cílem partnerství je dostat technologii akumulátorů společnosti s pevným elektrolytem do velkosériové výroby. QuantumScape zároveň vyvíjí platformu QSE-5 a připravuje licencování své technologie dalším výrobcům akumulátorů.
Osprey otevírá další obchodní příležitost. Partneři mohou keramický separátor QuantumScape použít s vlastními katodami na bázi sulfidů, aniž by museli přepracovat celou chemii akumulátoru.
QuantumScape by tak mohla získat významnější roli dodavatele technologií, nejen vývojáře akumulátorových článků.
Konkurence je však silná. Akumulátory s pevným elektrolytem vyvíjejí také Toyota, Samsung SDI, BYD a několik dalších společností. Jejich hlavní výzvou už není jen dosažení vysoké energetické hustoty, ale zajištění stabilní a ekonomicky životaschopné sériové výroby.
Pro elektromobily je rozhodující připravenost výroby
Akumulátor s pevným elektrolytem vyžadující nižší tlak by mohl evropskému automobilovému průmyslu přinést významné výhody.
Pokud bateriový blok nepotřebuje rozměrný mechanismus udržující tlak, lze snížit hmotnost jeho konstrukce a uvolnit místo pro další články. To by mohlo zlepšit dojezd i energetickou hustotu.
Samotných 1 000 cyklů nabití a vybití však nestačí. Automobilky potřebují důkazy o životnosti, bezpečnosti, rychlonabíjecích schopnostech a spolehlivosti velkoformátových článků při různých teplotách.
QuantumScape zatím neoznámila, kdy začne sériová výroba Osprey.
Největším úspěchem Osprey tedy není zachování 80 % kapacity po 1 000 cyklech, ale dosažení tohoto výsledku při nízkém vnějším tlaku. Pokud se společnosti podaří tuto vlastnost zachovat i u větších akumulátorových článků, mohla by odstranit významnou překážku při zavádění akumulátorů s pevným elektrolytem do elektromobilů.
Zatím jde o slibný laboratorní výsledek, který bude k přeměně v konkurenceschopný průmyslový produkt vyžadovat ještě značné vývojové úsilí.
