Nova bateria de estado sólido da QuantumScape resistiu a 1000 ciclos de carga, mas o maior feito é outro

Uma bateria de estado sólido sem eletrólito líquido

A Osprey combina o separador cerâmico da empresa, uma configuração sem ânodo e um cátodo que incorpora um eletrólito sólido à base de sulfuretos.

Ao contrário da anterior plataforma QSE, a nova configuração não utiliza eletrólito líquido no cátodo. Isto faz da Osprey uma célula inteiramente de estado sólido.

A configuração sem ânodo significa que a bateria não tem um ânodo separado de lítio metálico quando é fabricada. Durante a primeira carga, o lítio metálico deposita-se na superfície do separador cerâmico, formando a camada necessária para armazenar energia.

Esta abordagem permite reduzir a utilização de materiais e aumentar a densidade energética. No entanto, a deposição irregular de lítio e a manutenção do contacto entre materiais sólidos continuam a ser desafios.

Os eletrólitos à base de sulfuretos conduzem bem os iões de lítio, mas muitas das configurações existentes exigem uma pressão externa elevada. Isto torna a estrutura do pack de baterias mais pesada e complexa.

1000 ciclos sem uma estrutura substancial para manter a pressão

A QuantumScape testou uma célula de duas camadas com um cátodo de 50 × 65 mm.

A 30 °C e sob uma pressão externa de uma atmosfera, a célula completou 1000 ciclos completos de carga e descarga. A taxa de carga e descarga foi de 1C, e a capacidade por unidade de área do cátodo foi de 5,5 mAh/cm².

No final do ensaio, a célula conservava cerca de 80% da capacidade original.

Em comparação, algumas baterias de estado sólido à base de sulfuretos exigem pressões de dezenas de atmosferas. Num pack de baterias de grandes dimensões, isto representaria um peso adicional significativo.

O resultado da Osprey aponta para uma forma de ultrapassar esta limitação.

No entanto, é preciso ter em conta as dimensões da célula de teste. A sua capacidade era de cerca de 0,3–0,4 Ah, enquanto a anterior célula QSE-5 da QuantumScape tem uma capacidade de aproximadamente 5 Ah.

A empresa demonstrou, portanto, que a tecnologia funciona numa pequena célula de laboratório, mas ainda não numa bateria para veículos elétricos adequada à produção em massa.

A carga em cinco minutos exigiu uma temperatura de 80 °C

A QuantumScape apresentou também outros resultados impressionantes.

Segundo o fabricante, a Osprey conseguiu elevar o estado de carga da bateria de 10% para 80% em cinco minutos. No entanto, o ensaio decorreu a 80 °C, acima da temperatura normal de funcionamento de uma bateria típica de um veículo elétrico.

A empresa demonstrou também o funcionamento da bateria a -20 °C. Neste ensaio, uma pequena célula de camada única conservou cerca de 68% da capacidade medida à temperatura ambiente. O ensaio utilizou uma corrente de descarga relativamente baixa.

A QuantumScape projeta uma densidade energética de até 1100 Wh/l para a Osprey. No entanto, este valor ainda não foi alcançado numa célula completa de grande formato.

Em comparação, a célula de teste QSE-5 da empresa tem uma densidade energética volumétrica de aproximadamente 844 Wh/l.

Por isso, avaliar os resultados da Osprey exige distinguir três aspetos: a durabilidade medida, a velocidade de carregamento obtida em condições especiais e uma projeção da densidade energética futura.

Parceria com a Volkswagen dá vantagem à QuantumScape

Um dos parceiros mais importantes da QuantumScape é a PowerCo, empresa de baterias do Grupo Volkswagen.

A parceria visa levar a tecnologia de baterias de estado sólido da empresa à produção em grande escala. A QuantumScape também está a desenvolver a plataforma QSE-5 e a preparar-se para licenciar a sua tecnologia a outros fabricantes de baterias.

A Osprey abre uma oportunidade de negócio adicional. Os parceiros podem utilizar o separador cerâmico da QuantumScape com os seus próprios cátodos à base de sulfuretos, sem terem de reformular toda a composição química da bateria.

Isto poderá dar à QuantumScape um papel mais importante como fornecedora de tecnologia, em vez de se limitar ao desenvolvimento de células.

A concorrência é, contudo, forte. A Toyota, a Samsung SDI, a BYD e várias outras empresas também estão a desenvolver baterias de estado sólido. O seu principal desafio já não é apenas alcançar uma elevada densidade energética, mas assegurar uma produção em massa estável e economicamente viável.

A preparação para a produção é decisiva para os veículos elétricos

Uma bateria de estado sólido que exija menos pressão poderá oferecer vantagens significativas à indústria automóvel europeia.

Se um pack de baterias não precisar de um mecanismo de pressão volumoso, o seu peso estrutural pode ser reduzido e pode libertar-se espaço para células adicionais. Isto poderá melhorar tanto a autonomia como a densidade energética.

No entanto, 1000 ciclos de carga, por si só, não bastam. Os fabricantes de automóveis precisam de provas da durabilidade, da segurança, do desempenho no carregamento rápido e da fiabilidade a diferentes temperaturas das células de grande formato.

A QuantumScape ainda não anunciou quando começará a produção em massa da Osprey.

Por isso, o maior feito da Osprey não é conservar 80% da capacidade após 1000 ciclos, mas sim alcançar esse resultado sob baixa pressão externa. Se a empresa conseguir manter a mesma característica em células de bateria maiores, poderá eliminar um obstáculo significativo à utilização de baterias de estado sólido em veículos elétricos.

Por enquanto, trata-se de um resultado laboratorial promissor, que ainda exigirá um trabalho de desenvolvimento considerável para se tornar um produto industrial competitivo.