La nueva batería de estado sólido de QuantumScape completó 1000 ciclos de carga, pero su mayor logro es otro
La empresa estadounidense de tecnología de baterías QuantumScape ha presentado Osprey, su plataforma de baterías de estado sólido. Una celda de prueba conservó aproximadamente el 80 % de su capacidad original tras 1000 ciclos completos de carga y descarga. Más importante aún, la batería funcionó con una presión externa de solo una atmósfera. Esto podría ayudar a resolver uno de los problemas más difíciles de las baterías de estado sólido: la necesidad de estructuras pesadas y costosas para mantener la presión.
Una batería de estado sólido sin electrolito líquido
Osprey combina el separador cerámico de la empresa, un diseño sin ánodo y un cátodo que incorpora un electrolito sólido basado en sulfuros.
A diferencia de la anterior plataforma QSE, el nuevo diseño no utiliza un electrolito líquido en el cátodo. Por ello, Osprey es una celda de batería totalmente de estado sólido.
El diseño sin ánodo significa que, cuando se fabrica la batería, no hay un ánodo independiente de litio metálico. Durante la primera carga, el litio metálico se deposita sobre la superficie del separador cerámico y forma la capa necesaria para almacenar energía.
Este enfoque permite reducir el uso de materiales y aumentar la densidad energética. Sin embargo, la deposición irregular del litio y el mantenimiento del contacto entre los materiales sólidos siguen siendo desafíos.
Los electrolitos basados en sulfuros conducen bien los iones de litio, pero muchos diseños actuales requieren una elevada presión externa. Esto aumenta el peso y la complejidad de la estructura del pack de baterías.
1000 ciclos sin una estructura voluminosa para mantener la presión
QuantumScape probó una celda de batería de dos capas con un cátodo de 50 × 65 mm.
A 30 °C y con una presión externa de una atmósfera, la celda completó 1000 ciclos completos de carga y descarga. La tasa de carga y descarga fue de 1C y la capacidad por unidad de superficie del cátodo fue de 5,5 mAh/cm².
Al final de la prueba, la celda conservaba aproximadamente el 80 % de su capacidad original.
En comparación, algunas baterías de estado sólido basadas en sulfuros requieren presiones de decenas de atmósferas. En un pack de baterías grande, esto supondría un aumento considerable del peso.
El resultado de Osprey apunta a una forma de superar esta limitación.
Sin embargo, hay que tener en cuenta el tamaño de la celda de prueba. Su capacidad era de aproximadamente 0,3–0,4 Ah, mientras que la anterior celda QSE-5 de QuantumScape tiene una capacidad de unos 5 Ah.
Por tanto, la empresa ha demostrado que la tecnología funciona en una pequeña celda de laboratorio, pero todavía no en una batería para vehículos eléctricos apta para la producción en serie.
La carga en cinco minutos requirió una temperatura de 80 °C
QuantumScape también presentó otros resultados destacables.
Según el fabricante, Osprey pudo elevar el estado de carga de la batería del 10 % al 80 % en cinco minutos. Sin embargo, la prueba se realizó a 80 °C, por encima de la temperatura normal de funcionamiento de una batería típica de vehículo eléctrico.
La empresa también demostró el funcionamiento de la batería a -20 °C. En esta prueba, una pequeña celda de una sola capa conservó aproximadamente el 68 % de la capacidad medida a temperatura ambiente. La prueba utilizó una corriente de descarga relativamente baja.
QuantumScape proyecta para Osprey una densidad energética de hasta 1100 Wh/l. Sin embargo, esa cifra todavía no se ha logrado en una celda terminada de gran formato.
En comparación, la celda de prueba QSE-5 de la empresa tiene una densidad energética volumétrica de aproximadamente 844 Wh/l.
Para valorar los resultados de Osprey, por tanto, hay que distinguir entre tres aspectos: la durabilidad medida, la velocidad de carga alcanzada en condiciones especiales y una proyección de la densidad energética futura.
La alianza con Volkswagen da una ventaja a QuantumScape
Uno de los socios más importantes de QuantumScape es PowerCo, la empresa de baterías del Grupo Volkswagen.
La alianza busca llevar la tecnología de baterías de estado sólido de la empresa a la producción a gran escala. QuantumScape también está desarrollando la plataforma QSE-5 y se prepara para conceder licencias de su tecnología a otros fabricantes de baterías.
Osprey abre otra oportunidad de negocio. Sus socios pueden utilizar el separador cerámico de QuantumScape con sus propios cátodos basados en sulfuros sin tener que rediseñar por completo la química de la batería.
Esto podría dar a QuantumScape un papel más importante como proveedor de tecnología, en lugar de limitarse al desarrollo de celdas de batería.
La competencia, sin embargo, es intensa. Toyota, Samsung SDI, BYD y otras empresas también están desarrollando baterías de estado sólido. Su principal desafío ya no es solo lograr una alta densidad energética, sino garantizar una producción en serie estable y económicamente viable.
La preparación para la producción es decisiva para los vehículos eléctricos
Una batería de estado sólido que requiera menos presión podría ofrecer ventajas significativas para la industria europea del automóvil.
Si un pack de baterías no necesita un mecanismo de presión voluminoso, puede reducirse el peso de su estructura y liberarse espacio para celdas adicionales. Esto podría mejorar tanto la autonomía como la densidad energética.
Sin embargo, 1000 ciclos de carga no bastan por sí solos. Los fabricantes de automóviles necesitan pruebas de la durabilidad, la seguridad, el rendimiento de carga rápida y la fiabilidad a distintas temperaturas de las celdas de gran formato.
QuantumScape aún no ha anunciado cuándo comenzará la producción en serie de Osprey.
El mayor logro de Osprey, por tanto, no es conservar el 80 % de la capacidad tras 1000 ciclos, sino hacerlo con una baja presión externa. Si la empresa consigue mantener esta misma característica en celdas de batería más grandes, podría eliminar un obstáculo importante para llevar las baterías de estado sólido a los vehículos eléctricos.
Por ahora, se trata de un resultado de laboratorio prometedor que todavía requerirá un considerable trabajo de desarrollo para convertirse en un producto industrial competitivo.
