Naujasis „QuantumScape“ kietojo elektrolito akumuliatorius atlaikė 1000 ciklų, tačiau svarbiausias pasiekimas – kitur
JAV akumuliatorių technologijų kūrėja „QuantumScape“ pristatė kietojo elektrolito akumuliatorių platformą „Osprey“. Bandomasis elementas po 1000 pilnų įkrovimo ir iškrovimo ciklų išlaikė apie 80 % pradinės talpos. Dar svarbiau tai, kad jis veikė esant vos vienos atmosferos išoriniam slėgiui. Tai galėtų padėti išspręsti vieną sudėtingiausių kietojo elektrolito akumuliatorių problemų – sunkias ir brangias konstrukcijas, reikalingas slėgiui palaikyti.
Kietojo elektrolito akumuliatorius be skystojo elektrolito
„Osprey“ sujungia bendrovės keraminį separatorių, konstrukciją be pradinio anodo ir katodą su sulfido pagrindu pagamintu kietuoju elektrolitu.
Skirtingai nuo ankstesnės QSE platformos, naujojoje konstrukcijoje katode nenaudojamas skystasis elektrolitas. Dėl to „Osprey“ yra vien kietųjų medžiagų akumuliatoriaus elementas.
Konstrukcija be pradinio anodo reiškia, kad gaminant akumuliatorių jame nėra atskiro ličio metalo anodo. Pirmą kartą įkraunant, ant keraminio separatoriaus paviršiaus nusėda metalinis litis ir suformuoja energijai kaupti reikalingą sluoksnį.
Toks sprendimas leidžia sumažinti medžiagų sąnaudas ir padidinti energijos tankį. Vis dėlto netolygus ličio nusėdimas ir kontakto tarp kietųjų medžiagų palaikymas tebėra iššūkiai.
Sulfido pagrindu pagaminti elektrolitai gerai praleidžia ličio jonus, tačiau daugeliui esamų konstrukcijų reikia didelio išorinio slėgio. Dėl to akumuliatoriaus bloko konstrukcija tampa sunkesnė ir sudėtingesnė.
1000 ciklų be masyvios slėgį palaikančios konstrukcijos
„QuantumScape“ išbandė dviejų sluoksnių akumuliatoriaus elementą su 50 × 65 mm dydžio katodu.
Esant 30 °C temperatūrai ir vienos atmosferos išoriniam slėgiui, elementas atlaikė 1000 pilnų įkrovimo ir iškrovimo ciklų. Įkrovimo ir iškrovimo sparta buvo 1C, o katodo ploto vienetui tenkanti talpa – 5,5 mAh/cm².
Bandymo pabaigoje elementas išlaikė apie 80 % pradinės talpos.
Palyginimui, kai kuriems sulfido pagrindu pagamintiems kietojo elektrolito akumuliatoriams reikia kelių dešimčių atmosferų slėgio. Dideliame akumuliatoriaus bloke tai reikštų gerokai didesnį svorį.
„Osprey“ rezultatas rodo galimą būdą įveikti šį apribojimą.
Vis dėlto reikia atsižvelgti į bandomojo elemento dydį. Jo talpa buvo apie 0,3–0,4 Ah, o ankstesnio „QuantumScape“ elemento QSE-5 talpa siekia apie 5 Ah.
Taigi bendrovė pademonstravo, kad technologija veikia mažame laboratoriniame elemente, bet dar ne masinei gamybai tinkamame elektromobilio akumuliatoriuje.
Penkių minučių įkrovimui reikėjo 80 °C temperatūros
„QuantumScape“ taip pat pristatė kitų įspūdingų rezultatų.
Gamintojo teigimu, „Osprey“ akumuliatoriaus įkrovos lygį nuo 10 % iki 80 % pavyko padidinti per penkias minutes. Tačiau bandymas vyko 80 °C temperatūroje, aukštesnėje už įprastą tipinio elektromobilio akumuliatoriaus darbinę temperatūrą.
Bendrovė taip pat pademonstravo akumuliatoriaus veikimą –20 °C temperatūroje. Per šį bandymą mažas vieno sluoksnio elementas išlaikė apie 68 % talpos, išmatuotos kambario temperatūroje. Bandymui naudota palyginti nedidelė iškrovimo srovė.
„QuantumScape“ prognozuoja, kad „Osprey“ energijos tankis gali siekti iki 1100 Wh/l. Tačiau užbaigtame didelio formato elemente šis rodiklis dar nepasiektas.
Palyginimui, bendrovės bandomojo elemento QSE-5 tūrinis energijos tankis yra apie 844 Wh/l.
Vertinant „Osprey“ rezultatus, reikia atskirti tris dalykus: išmatuotą ilgaamžiškumą, ypatingomis sąlygomis pasiektą įkrovimo spartą ir prognozuojamą būsimą energijos tankį.
Partnerystė su „Volkswagen“ suteikia „QuantumScape“ pranašumą
Viena svarbiausių „QuantumScape“ partnerių yra „Volkswagen“ grupės akumuliatorių bendrovė „PowerCo“.
Partneryste siekiama pradėti didelio masto gamybą pagal bendrovės kietojo elektrolito akumuliatorių technologiją. „QuantumScape“ taip pat plėtoja QSE-5 platformą ir rengiasi licencijuoti savo technologiją kitiems akumuliatorių gamintojams.
„Osprey“ atveria papildomą verslo galimybę. Partneriai gali naudoti „QuantumScape“ keraminį separatorių su savo sulfido pagrindu pagamintais katodais, neperprojektuodami visos akumuliatoriaus cheminės sistemos.
Tai galėtų suteikti „QuantumScape“ didesnį technologijų tiekėjos, o ne vien akumuliatorių elementų kūrėjos vaidmenį.
Vis dėlto konkurencija didelė. „Toyota“, „Samsung SDI“, BYD ir kelios kitos bendrovės taip pat kuria kietojo elektrolito akumuliatorius. Pagrindinis jų iššūkis jau nėra vien pasiekti didelį energijos tankį – reikia užtikrinti stabilią ir ekonomiškai perspektyvią masinę gamybą.
Elektromobiliams lemiamą reikšmę turi pasirengimas gamybai
Mažesnio slėgio reikalaujantis kietojo elektrolito akumuliatorius galėtų suteikti reikšmingų pranašumų Europos automobilių pramonei.
Jei akumuliatoriaus blokui nereikėtų masyvaus slėgio palaikymo mechanizmo, būtų galima sumažinti jo konstrukcijos svorį ir atlaisvinti vietos papildomiems elementams. Tai galėtų padidinti ir nuvažiuojamą atstumą, ir energijos tankį.
Vis dėlto vien 1000 įkrovimo ciklų nepakanka. Automobilių gamintojams reikia duomenų apie didelio formato elementų ilgaamžiškumą, saugumą, greitojo įkrovimo savybes ir patikimumą esant skirtingoms temperatūroms.
„QuantumScape“ dar nepaskelbė, kada prasidės masinė „Osprey“ gamyba.
Taigi didžiausias „Osprey“ pasiekimas – ne tai, kad po 1000 ciklų išliko 80 % talpos, o tai, kad toks rezultatas pasiektas esant mažam išoriniam slėgiui. Jei bendrovei pavyks išlaikyti šią savybę didesniuose akumuliatorių elementuose, tai galėtų pašalinti reikšmingą kliūtį diegti kietojo elektrolito akumuliatorius elektromobiliuose.
Kol kas tai daug žadantis laboratorinis rezultatas, tačiau norint jį paversti konkurencingu pramoniniu gaminiu dar reikės nemažai tolesnio kūrimo darbų.
