QuantumScapeova nova baterija s čvrstim elektrolitom izdržala je 1000 ciklusa punjenja, no njezin najveći uspjeh leži drugdje
Američka tvrtka za razvoj baterijske tehnologije QuantumScape predstavila je platformu baterija s čvrstim elektrolitom Osprey. Testna ćelija zadržala je približno 80 % početnog kapaciteta nakon 1000 potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja. Još je važnije to što je radila pri vanjskom tlaku od samo jedne atmosfere. To bi moglo pomoći u rješavanju jednog od najtežih problema baterija s čvrstim elektrolitom: potrebe za teškim i skupim konstrukcijama za održavanje tlaka.
Baterija s čvrstim elektrolitom bez tekućeg elektrolita
Osprey objedinjuje keramički separator tvrtke, konstrukciju bez unaprijed ugrađene anode i katodu koja sadržava čvrsti elektrolit na bazi sulfida.
Za razliku od ranije platforme QSE, nova konstrukcija ne upotrebljava tekući elektrolit u katodi. Osprey je zato baterijska ćelija u kojoj je elektrolit u potpunosti čvrst.
Konstrukcija bez unaprijed ugrađene anode znači da baterija pri proizvodnji nema zasebnu anodu od metalnog litija. Pri prvom punjenju metalni litij taloži se na površini keramičkog separatora i stvara sloj potreban za pohranu energije.
Takav pristup omogućuje manju potrošnju materijala i veću gustoću energije. No neravnomjerno taloženje litija i održavanje kontakta među čvrstim materijalima i dalje su izazovi.
Elektroliti na bazi sulfida dobro provode litijeve ione, ali mnoge postojeće konstrukcije zahtijevaju visok vanjski tlak. Zbog toga konstrukcija baterijskog sklopa postaje teža i složenija.
1000 ciklusa bez masivne konstrukcije za održavanje tlaka
QuantumScape je testirao dvoslojnu baterijsku ćeliju s katodom dimenzija 50 × 65 mm.
Pri 30 °C i vanjskom tlaku od jedne atmosfere ćelija je prošla 1000 potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja. Brzina punjenja i pražnjenja iznosila je 1C, a površinski kapacitet katode 5,5 mAh/cm².
Na kraju testa ćelija je zadržala približno 80 % početnog kapaciteta.
Za usporedbu, neke baterije s čvrstim elektrolitom na bazi sulfida zahtijevaju tlak od nekoliko desetaka atmosfera. U velikom baterijskom sklopu to bi značilo znatno veću masu.
Rezultat Ospreya upućuje na način prevladavanja tog ograničenja.
Ipak, treba uzeti u obzir veličinu testne ćelije. Njezin kapacitet iznosio je približno 0,3–0,4 Ah, dok ranija QuantumScapeova ćelija QSE-5 ima kapacitet od oko 5 Ah.
Tvrtka je, dakle, pokazala da tehnologija funkcionira u maloj laboratorijskoj ćeliji, ali još ne i u bateriji za električni automobil prikladnoj za masovnu proizvodnju.
Za punjenje u pet minuta bila je potrebna temperatura od 80 °C
QuantumScape je predstavio i druge dojmljive rezultate.
Prema navodima proizvođača, Osprey je mogao povećati napunjenost baterije s 10 % na 80 % za pet minuta. No test je proveden pri 80 °C, što je iznad uobičajene radne temperature tipične baterije električnog automobila.
Tvrtka je također pokazala rad baterije pri -20 °C. U tom je testu mala jednoslojna ćelija zadržala približno 68 % kapaciteta izmjerenog na sobnoj temperaturi. U testu je primijenjena razmjerno mala struja pražnjenja.
QuantumScape za Osprey predviđa gustoću energije do 1100 Wh/l. No ta vrijednost još nije postignuta u dovršenoj ćeliji velikog formata.
Za usporedbu, testna ćelija QSE-5 te tvrtke ima volumetrijsku gustoću energije od približno 844 Wh/l.
Pri ocjeni Ospreyovih rezultata zato valja razlikovati tri stvari: izmjerenu trajnost, brzinu punjenja postignutu u posebnim uvjetima i predviđenu buduću gustoću energije.
Partnerstvo s Volkswagenom daje QuantumScapeu prednost
Jedan od najvažnijih partnera QuantumScapea jest PowerCo, baterijska tvrtka Volkswagenove grupacije.
Cilj partnerstva je uvesti tehnologiju baterija s čvrstim elektrolitom u masovnu proizvodnju. QuantumScape također razvija platformu QSE-5 i priprema se za licenciranje svoje tehnologije drugim proizvođačima baterija.
Osprey otvara dodatnu poslovnu priliku. Partneri mogu upotrebljavati QuantumScapeov keramički separator sa svojim katodama na bazi sulfida, bez potrebe za redizajniranjem cjelokupnog kemijskog sastava baterije.
To bi QuantumScapeu moglo dati veću ulogu dobavljača tehnologije, a ne samo tvrtke koja razvija baterijske ćelije.
Konkurencija je, međutim, snažna. Toyota, Samsung SDI, BYD i nekoliko drugih tvrtki također razvijaju baterije s čvrstim elektrolitom. Njihov glavni izazov više nije samo postizanje visoke gustoće energije, nego osiguravanje stabilne i ekonomski održive masovne proizvodnje.
Spremnost za proizvodnju presudna je za električne automobile
Baterija s čvrstim elektrolitom kojoj je potreban niži tlak mogla bi donijeti znatne prednosti europskoj automobilskoj industriji.
Ako baterijskom sklopu nije potreban glomazan mehanizam za održavanje tlaka, može se smanjiti masa njegove konstrukcije i osloboditi prostor za dodatne ćelije. To bi potencijalno moglo poboljšati i doseg i gustoću energije.
No 1000 ciklusa punjenja samo po sebi nije dovoljno. Proizvođačima automobila trebaju dokazi o trajnosti, sigurnosti, brzini punjenja i pouzdanosti ćelija velikog formata pri različitim temperaturama.
QuantumScape još nije objavio kada će početi masovna proizvodnja Ospreya.
Najveći Ospreyov uspjeh stoga nije to što je nakon 1000 ciklusa zadržao 80 % kapaciteta, nego to što je taj rezultat postignut pri niskom vanjskom tlaku. Ako tvrtka uspije zadržati isto svojstvo u većim baterijskim ćelijama, mogla bi ukloniti znatnu prepreku u uvođenju baterija s čvrstim elektrolitom u električne automobile.
Zasad je riječ o obećavajućem laboratorijskom rezultatu kojem će trebati još mnogo razvojnog rada da bi postao konkurentan industrijski proizvod.
