QuantumScape jaunais cietvielu akumulators izturēja 1000 uzlādes ciklu, taču tā lielākais sasniegums ir citur
ASV akumulatoru tehnoloģiju izstrādātājs QuantumScape ir prezentējis cietvielu akumulatoru platformu Osprey. Testa elements pēc 1000 pilniem uzlādes un izlādes cikliem saglabāja aptuveni 80% sākotnējās ietilpības. Vēl svarīgāk — akumulators darbojās pie ārējā spiediena, kas bija tikai viena atmosfēra. Tas varētu palīdzēt atrisināt vienu no sarežģītākajām cietvielu akumulatoru problēmām: vajadzību pēc smagām un dārgām konstrukcijām spiediena uzturēšanai.
Cietvielu akumulators bez šķidrā elektrolīta
Osprey apvieno uzņēmuma keramisko separatoru, konstrukciju bez sākotnēji izveidota anoda un katodu, kurā izmantots sulfīdu bāzes cietais elektrolīts.
Atšķirībā no iepriekšējās QSE platformas jaunajā konstrukcijā katodā netiek izmantots šķidrais elektrolīts. Tādējādi Osprey ir pilnībā cietvielu akumulatora elements.
Konstrukcija bez sākotnēji izveidota anoda nozīmē, ka ražošanas brīdī akumulatorā nav atsevišķa litija metāla anoda. Pirmās uzlādes laikā uz keramiskā separatora virsmas nogulsnējas metālisks litijs, veidojot enerģijas uzkrāšanai nepieciešamo slāni.
Šāda pieeja ļauj samazināt materiālu patēriņu un palielināt enerģijas blīvumu. Tomēr nevienmērīga litija nogulsnēšanās un kontakta uzturēšana starp cietajiem materiāliem joprojām ir izaicinājumi.
Sulfīdu bāzes elektrolīti labi vada litija jonus, taču daudzām līdzšinējām konstrukcijām nepieciešams augsts ārējais spiediens. Tas padara akumulatora bloka konstrukciju smagāku un sarežģītāku.
1000 ciklu bez apjomīgas spiediena uzturēšanas konstrukcijas
QuantumScape pārbaudīja divslāņu akumulatora elementu ar 50 × 65 mm lielu katodu.
30 °C temperatūrā un pie vienas atmosfēras ārējā spiediena elements izturēja 1000 pilnus uzlādes un izlādes ciklus. Uzlādes un izlādes ātrums bija 1C, bet katoda ietilpība uz laukuma vienību — 5,5 mAh/cm².
Testa beigās elements bija saglabājis aptuveni 80% sākotnējās ietilpības.
Salīdzinājumam — dažiem sulfīdu bāzes cietvielu akumulatoriem vajadzīgs spiediens, kas mērāms desmitos atmosfēru. Lielā akumulatora blokā tas nozīmētu ievērojamu papildu svaru.
Osprey rezultāts norāda uz iespējamu veidu, kā pārvarēt šo ierobežojumu.
Tomēr jāņem vērā testa elementa izmērs. Tā ietilpība bija aptuveni 0,3–0,4 Ah, savukārt QuantumScape agrāk izstrādātā QSE-5 elementa ietilpība ir aptuveni 5 Ah.
Tātad uzņēmums ir parādījis, ka tehnoloģija darbojas nelielā laboratorijas elementā, bet vēl nav pierādījis tās darbību masveida ražošanai piemērotā elektroauto akumulatorā.
Piecu minūšu uzlādei bija nepieciešama 80 °C temperatūra
QuantumScape prezentēja arī citus iespaidīgus rezultātus.
Pēc ražotāja teiktā, Osprey spēja piecās minūtēs palielināt akumulatora uzlādes līmeni no 10% līdz 80%. Tomēr tests notika 80 °C temperatūrā, kas pārsniedz tipiska elektroauto akumulatora parasto darba temperatūru.
Uzņēmums arī demonstrēja akumulatora darbību -20 °C temperatūrā. Šajā testā neliels vienslāņa elements saglabāja aptuveni 68% no ietilpības, kas izmērīta istabas temperatūrā. Testā tika izmantota salīdzinoši neliela izlādes strāva.
QuantumScape prognozē, ka Osprey enerģijas blīvums varētu sasniegt 1100 Wh/l. Tomēr pabeigtā liela formāta elementā šis rādītājs vēl nav sasniegts.
Salīdzinājumam — uzņēmuma QSE-5 testa elementa tilpuma enerģijas blīvums ir aptuveni 844 Wh/l.
Tāpēc, vērtējot Osprey rezultātus, jānošķir trīs lietas: izmērītā izturība, īpašos apstākļos sasniegtais uzlādes ātrums un prognozētais enerģijas blīvums nākotnē.
Sadarbība ar Volkswagen sniedz QuantumScape priekšrocību
Viens no svarīgākajiem QuantumScape partneriem ir Volkswagen grupas akumulatoru uzņēmums PowerCo.
Sadarbības mērķis ir ieviest uzņēmuma cietvielu akumulatoru tehnoloģiju lielapjoma ražošanā. QuantumScape arī attīsta QSE-5 platformu un gatavojas licencēt savu tehnoloģiju citiem akumulatoru ražotājiem.
Osprey paver vēl vienu uzņēmējdarbības iespēju. Partneri var izmantot QuantumScape keramisko separatoru kopā ar saviem sulfīdu bāzes katodiem, nepārveidojot visu akumulatora ķīmisko sistēmu.
Tas varētu palielināt QuantumScape kā tehnoloģiju piegādātāja, nevis tikai akumulatoru elementu izstrādātāja lomu.
Tomēr konkurence ir spēcīga. Arī Toyota, Samsung SDI, BYD un vairāki citi uzņēmumi izstrādā cietvielu akumulatorus. To galvenais izaicinājums vairs nav tikai augsta enerģijas blīvuma sasniegšana, bet arī stabilas, ekonomiski dzīvotspējīgas masveida ražošanas nodrošināšana.
Elektroauto izšķiroša būs gatavība ražošanai
Cietvielu akumulators, kam nepieciešams mazāks spiediens, varētu sniegt būtiskas priekšrocības Eiropas autobūves nozarei.
Ja akumulatora blokam nav vajadzīgs apjomīgs spiediena uzturēšanas mehānisms, var samazināt tā konstrukcijas svaru un atbrīvot vietu papildu elementiem. Tas potenciāli varētu uzlabot gan nobraukumu, gan enerģijas blīvumu.
Tomēr ar 1000 uzlādes cikliem vien nepietiek. Autoražotājiem nepieciešami pierādījumi par liela formāta elementu izturību, drošumu, ātrās uzlādes veiktspēju un uzticamību dažādās temperatūrās.
QuantumScape vēl nav paziņojis, kad sāksies Osprey masveida ražošana.
Tāpēc Osprey lielākais sasniegums nav 80% ietilpības saglabāšana pēc 1000 cikliem, bet gan šāda rezultāta sasniegšana pie zema ārējā spiediena. Ja uzņēmumam izdosies saglabāt šo īpašību arī lielākos akumulatora elementos, tas varētu novērst būtisku šķērsli cietvielu akumulatoru ieviešanai elektroauto.
Pagaidām tas ir daudzsološs laboratorijas rezultāts, taču, lai tas kļūtu par konkurētspējīgu rūpniecisku produktu, vēl būs vajadzīgs ievērojams izstrādes darbs.
