QuantumScapes nye faststoffbatteri klarte 1000 ladesykluser, men den viktigste prestasjonen er en annen
Den amerikanske batteriteknologiutvikleren QuantumScape har presentert faststoffbatteriplattformen Osprey. En testcelle beholdt rundt 80 % av den opprinnelige kapasiteten etter 1000 fulle lade- og utladesykluser. Viktigere er det at batteriet fungerte med et ytre trykk på bare én atmosfære. Det kan bidra til å løse et av de vanskeligste problemene med faststoffbatterier: behovet for tunge og kostbare konstruksjoner som opprettholder trykket.
Et faststoffbatteri uten flytende elektrolytt
Osprey kombinerer selskapets keramiske separator, en konstruksjon uten anode ved produksjon og en katode med sulfidbasert fast elektrolytt.
I motsetning til den tidligere QSE-plattformen bruker den nye konstruksjonen ikke flytende elektrolytt i katoden. Dermed er Osprey en helfaststoffbattericelle.
At batteriet ikke har noen anode ved produksjon, betyr at det ikke finnes noen separat anode av litiummetall når batteriet lages. Under den første oppladingen avsettes metallisk litium på overflaten av den keramiske separatoren og danner laget som trengs for å lagre energi.
Denne løsningen gjør det mulig å bruke mindre materiale og øke energitettheten. Ujevn avsetning av litium og det å opprettholde kontakten mellom faste materialer er imidlertid fortsatt utfordringer.
Sulfidbaserte elektrolytter leder litiumioner godt, men mange eksisterende konstruksjoner krever høyt ytre trykk. Det gjør batteripakkens konstruksjon tyngre og mer komplisert.
1000 sykluser uten en omfattende trykkstøttende konstruksjon
QuantumScape testet en battericelle med to lag og en katode som målte 50 × 65 mm.
Ved 30 °C og et ytre trykk på én atmosfære gjennomførte cellen 1000 fulle lade- og utladesykluser. Lade- og utladingshastigheten var 1C, og katodens arealkapasitet var 5,5 mAh/cm².
Ved slutten av testen hadde cellen beholdt rundt 80 % av den opprinnelige kapasiteten.
Til sammenligning krever enkelte sulfidbaserte faststoffbatterier trykk på flere titalls atmosfærer. I en stor batteripakke ville det bety betydelig ekstra vekt.
Ospreys resultat peker mot en måte å overvinne denne begrensningen på.
Størrelsen på testcellen må imidlertid tas med i vurderingen. Kapasiteten var rundt 0,3–0,4 Ah, mens QuantumScapes tidligere QSE-5-celle har en kapasitet på rundt 5 Ah.
Selskapet har dermed vist at teknologien fungerer i en liten laboratoriecelle, men ennå ikke i et elbilbatteri som egner seg for masseproduksjon.
Fem minutters lading krevde 80 °C
QuantumScape la også frem andre imponerende resultater.
Ifølge produsenten kunne Osprey øke batteriets ladenivå fra 10 % til 80 % på fem minutter. Testen fant imidlertid sted ved 80 °C, over den normale driftstemperaturen til et typisk elbilbatteri.
Selskapet demonstrerte også at batteriet fungerte ved −20 °C. I denne testen beholdt en liten celle med ett lag rundt 68 % av kapasiteten som ble målt ved romtemperatur. Testen ble utført med en relativt lav utladestrøm.
QuantumScape anslår at Osprey kan oppnå en energitetthet på opptil 1100 Wh/l. Dette nivået er imidlertid ennå ikke oppnådd i en ferdig celle i stort format.
Til sammenligning har selskapets QSE-5-testcelle en volumetrisk energitetthet på rundt 844 Wh/l.
Ved vurderingen av Ospreys resultater må man derfor skille mellom tre ting: målt levetid, ladehastighet oppnådd under spesielle forhold og en prognose for fremtidig energitetthet.
Volkswagen-samarbeidet gir QuantumScape en fordel
En av QuantumScapes viktigste samarbeidspartnere er PowerCo, Volkswagen-konsernets batteriselskap.
Målet med samarbeidet er å få selskapets faststoffbatteriteknologi over i storskalaproduksjon. QuantumScape utvikler også QSE-5-plattformen og forbereder lisensiering av teknologien til andre batteriprodusenter.
Osprey åpner for en ytterligere forretningsmulighet. Samarbeidspartnere kan bruke QuantumScapes keramiske separator sammen med sine egne sulfidbaserte katoder uten å måtte utvikle hele batterikjemien på nytt.
Det kan gi QuantumScape en større rolle som teknologileverandør, fremfor bare som utvikler av battericeller.
Konkurransen er imidlertid hard. Toyota, Samsung SDI, BYD og flere andre selskaper utvikler også faststoffbatterier. Hovedutfordringen deres er ikke lenger bare å oppnå høy energitetthet, men å sikre stabil og økonomisk levedyktig masseproduksjon.
Produksjonsmodenhet er avgjørende for elbiler
Et faststoffbatteri som krever lavere trykk, kan gi betydelige fordeler for den europeiske bilindustrien.
Hvis en batteripakke ikke trenger en plasskrevende trykkmekanisme, kan vekten av konstruksjonen reduseres, samtidig som det frigjøres plass til flere celler. Det kan potensielt gi både lengre rekkevidde og høyere energitetthet.
1000 ladesykluser alene er imidlertid ikke nok. Bilprodusentene trenger dokumentasjon på holdbarheten, sikkerheten, hurtigladeegenskapene og påliteligheten til celler i stort format ved ulike temperaturer.
QuantumScape har ennå ikke kunngjort når masseproduksjonen av Osprey skal begynne.
Ospreys største prestasjon er derfor ikke at batteriet beholdt 80 % kapasitet etter 1000 sykluser, men at det oppnådde dette resultatet ved lavt ytre trykk. Hvis selskapet kan bevare den samme egenskapen i større battericeller, kan det fjerne en betydelig hindring for å ta faststoffbatterier i bruk i elbiler.
Foreløpig er dette et lovende laboratorieresultat som fortsatt vil kreve betydelig utviklingsarbeid før det kan bli et konkurransedyktig industriprodukt.
