A QuantumScape új szilárdtest-akkumulátora 1000 ciklust teljesített, de a legfontosabb eredmény máshol keresendő
Az amerikai akkumulátortechnológiai fejlesztő QuantumScape bemutatta Osprey nevű szilárdtest-akkumulátorplatformját. Egy tesztcella 1000 teljes töltési-kisütési ciklus után eredeti kapacitásának mintegy 80%-át őrizte meg. Ennél is fontosabb, hogy az akkumulátor mindössze egy atmoszféra külső nyomás mellett működött. Ez segíthet megoldani a szilárdtest-akkumulátorok egyik legnehezebb problémáját: a nyomás fenntartásához szükséges nehéz és költséges szerkezetek alkalmazását.
Szilárdtest-akkumulátor folyékony elektrolit nélkül
Az Osprey a vállalat kerámiaszeparátorát, anód nélküli kialakítást és szulfidalapú szilárd elektrolitot tartalmazó katódot egyesít.
A korábbi QSE platformmal ellentétben az új kialakítás katódjában nincs folyékony elektrolit. Az Osprey így teljesen szilárd elektrolitos akkumulátorcella.
Az anód nélküli kialakítás azt jelenti, hogy a gyártáskor az akkumulátorban nincs külön lítiumfém anód. Az első töltés során fémes lítium rakódik le a kerámiaszeparátor felületén, kialakítva az energiatároláshoz szükséges réteget.
Ez a megoldás csökkentheti az anyagfelhasználást és növelheti az energiasűrűséget. A lítium egyenetlen lerakódása és a szilárd anyagok közötti érintkezés fenntartása azonban továbbra is kihívást jelent.
A szulfidalapú elektrolitok jól vezetik a lítiumionokat, de sok jelenlegi kialakítás nagy külső nyomást igényel. Ez nehezebbé és összetettebbé teszi az akkumulátorcsomag szerkezetét.
1000 ciklus jelentős nyomásfenntartó szerkezet nélkül
A QuantumScape egy kétrétegű akkumulátorcellát tesztelt, amelynek katódja 50 × 65 mm-es volt.
A cella 30 °C-on, egy atmoszféra külső nyomás mellett 1000 teljes töltési-kisütési ciklust teljesített. A töltési és kisütési ráta 1C volt, a katód felületi kapacitása pedig 5,5 mAh/cm².
A teszt végére a cella eredeti kapacitásának mintegy 80%-át őrizte meg.
Összehasonlításképpen: egyes szulfidalapú szilárdtest-akkumulátorok több tíz atmoszféra nyomást igényelnek. Egy nagy akkumulátorcsomag esetében ez jelentős többlettömeget jelentene.
Az Osprey eredménye utat mutat e korlát leküzdéséhez.
Figyelembe kell azonban venni a tesztcella méretét. Kapacitása körülbelül 0,3–0,4 Ah volt, míg a QuantumScape korábbi QSE-5 cellájának kapacitása nagyjából 5 Ah.
A vállalat tehát egy kisméretű laboratóriumi cellán igazolta a technológia működését, nem pedig egy már sorozatgyártásra alkalmas elektromosautó-akkumulátoron.
Az ötperces töltéshez 80 °C-os hőmérséklet kellett
A QuantumScape további figyelemre méltó eredményeket is bemutatott.
A gyártó szerint az Osprey öt perc alatt 10%-ról 80%-ra tudta növelni az akkumulátor töltöttségi szintjét. A teszt azonban 80 °C-on zajlott, ami meghaladja egy átlagos elektromosautó-akkumulátor szokásos üzemi hőmérsékletét.
A vállalat azt is bemutatta, hogy az akkumulátor −20 °C-on is működik. Ebben a tesztben egy kisméretű, egyrétegű cella a szobahőmérsékleten mért kapacitás mintegy 68%-át érte el. A méréshez viszonylag alacsony kisütőáramot használtak.
A QuantumScape előrejelzése szerint az Osprey energiasűrűsége elérheti az 1100 Wh/l-t. Ezt az értéket azonban egy elkészült, nagy méretű cellában még nem érték el.
Összehasonlításképpen: a vállalat QSE-5 tesztcellájának térfogati energiasűrűsége körülbelül 844 Wh/l.
Az Osprey eredményeinek értékelésekor ezért három dolgot kell elkülöníteni: a mért élettartamot, a különleges körülmények között elért töltési sebességet és a jövőbeli energiasűrűségre vonatkozó előrejelzést.
A Volkswagennel kötött partnerség előnyt jelent a QuantumScape számára
A QuantumScape egyik legfontosabb partnere a PowerCo, a Volkswagen-csoport akkumulátorokkal foglalkozó vállalata.
A partnerség célja, hogy a vállalat szilárdtest-akkumulátortechnológiáját eljuttassák a nagyüzemi gyártásig. A QuantumScape emellett a QSE-5 platformot is fejleszti, és arra készül, hogy technológiájának felhasználását licenc alapján más akkumulátorgyártók számára is lehetővé tegye.
Az Osprey további üzleti lehetőséget nyit meg. A partnerek a QuantumScape kerámiaszeparátorát saját szulfidalapú katódjaikkal együtt használhatják anélkül, hogy az akkumulátor teljes kémiáját újra kellene tervezniük.
Ez a QuantumScape számára nagyobb szerepet biztosíthat technológiai beszállítóként, nem csupán akkumulátorcellák fejlesztőjeként.
A verseny ugyanakkor erős. A Toyota, a Samsung SDI, a BYD és több más vállalat is fejleszt szilárdtest-akkumulátorokat. Fő kihívásuk már nem pusztán a nagy energiasűrűség elérése, hanem a stabil és gazdaságilag életképes sorozatgyártás biztosítása.
Az elektromos autók szempontjából a gyártásra való felkészültség döntő
A kisebb nyomást igénylő szilárdtest-akkumulátor jelentős előnyöket kínálhat az európai autóiparnak.
Ha az akkumulátorcsomagnak nincs szüksége terjedelmes nyomásfenntartó szerkezetre, csökkenthető a szerkezeti tömege, és hely szabadulhat fel további cellák számára. Ez potenciálisan a hatótávot és az energiasűrűséget is javíthatja.
Az 1000 töltési ciklus önmagában azonban nem elég. Az autógyártóknak bizonyítékokra van szükségük a nagy méretű cellák élettartamáról, biztonságáról, gyorstöltési teljesítményéről és különböző hőmérsékleteken mutatott megbízhatóságáról.
A QuantumScape egyelőre nem jelentette be, mikor kezdődik az Osprey sorozatgyártása.
Az Osprey legnagyobb eredménye tehát nem az, hogy 1000 ciklus után megőrizte kapacitásának 80%-át, hanem az, hogy ezt alacsony külső nyomás mellett érte el. Ha a vállalat nagyobb akkumulátorcellákban is meg tudja őrizni ezt a tulajdonságot, jelentős akadályt háríthat el a szilárdtest-akkumulátorok elektromos autókban történő alkalmazása elől.
Egyelőre ígéretes laboratóriumi eredményről van szó, amely még jelentős fejlesztést igényel ahhoz, hogy versenyképes ipari termékké váljon.
