QuantumScape'i uus tahkisaku pidas vastu 1000 laadimistsüklit, kuid suurim saavutus peitub mujal
Ameerika akutehnoloogia arendaja QuantumScape esitles Osprey tahkisakuplatvormi, mille katseelement säilitas 1000 täieliku laadimis- ja tühjendamistsükli järel ligikaudu 80% algsest mahutavusest. Veelgi olulisem on asjaolu, et aku töötas kõigest ühe atmosfääri suuruse välise surve all. See võib aidata lahendada tahkisakude üht keerulisemat probleemi: vajadust raske ja kuluka survekonstruktsiooni järele.
Tahkisaku, milles pole enam vedelat elektrolüüti
Osprey ühendab ettevõtte keraamilise separaatori, anoodita konstruktsiooni ja sulfiidipõhise tahke elektrolüüdiga katoodi.
Erinevalt varasemast QSE-platvormist ei kasuta uus lahendus katoodis vedelat elektrolüüti. See teeb Ospreyst täielikult tahke elektrolüüdiga akuelemendi.
Anoodita konstruktsioon tähendab, et aku valmistamisel puudub eraldi liitiummetallist anood. Esimese laadimise käigus ladestub metalliline liitium keraamilise separaatori pinnale, moodustades energiasalvestuseks vajaliku kihi.
Selline lähenemine võimaldab vähendada materjalikulu ja suurendada energiatihedust. Probleemiks on aga liitiumi ebaühtlane ladestumine ning tahkete materjalide vahelise kontakti säilitamine.
Sulfiidpõhised elektrolüüdid juhivad liitiumioone hästi, kuid vajavad paljudes senistes lahendustes suurt välist survet. See muudab akupaki konstruktsiooni raskemaks ja keerulisemaks.
1000 tsüklit ilma suure survekonstruktsioonita
QuantumScape katsetas kahekihilist akuelementi, mille katoodi mõõtmed olid 50 × 65 mm.
Temperatuuril 30 °C ning ühe atmosfääri suuruse välise surve juures läbis element 1000 täielikku laadimis- ja tühjendamistsüklit. Laadimis- ja tühjenduskiirus oli 1C ning katoodi pindmahutavus 5,5 mAh/cm².
Katse lõpuks säilitas element ligikaudu 80% algsest mahutavusest.
Võrdluseks nõuavad mõned sulfiidipõhised tahkisakud kümnetesse atmosfääridesse ulatuvat survet. Suure akupaki korral tähendaks see märkimisväärset lisamassi.
Osprey tulemus näitab võimalust sellest piirangust vabaneda.
Samas tuleb arvestada katseelemendi mõõtmetega. Selle mahutavus oli ligikaudu 0,3-0,4 Ah, samal ajal kui QuantumScape'i varasema QSE-5 elemendi mahutavus ulatub umbes 5 Ah-ni.
Seega on ettevõte tõestanud tehnoloogia toimimist väikesel laborielemendil, mitte veel seeriatootmiseks sobival elektriautoakul.
Viie minuti laadimine nõudis 80-kraadist temperatuuri
QuantumScape tutvustas ka teisi muljetavaldavaid tulemusi.
Tootja andmetel suutis Osprey tõsta aku laetust 10 protsendilt 80 protsendini viie minutiga. Katse toimus siiski temperatuuril 80 °C, mis ületab tavapärase elektriauto aku normaalse töötemperatuuri.
Samuti demonstreeris ettevõte aku toimimist temperatuuril -20 °C. Väikeses ühekihilises elemendis säilis seejuures ligikaudu 68% toatemperatuuril mõõdetud mahutavusest. Katse toimus suhteliselt väikese tühjendusvooluga.
QuantumScape prognoosib Osprey energiatiheduseks kuni 1100 Wh/l. Seda näitajat pole aga valmis suureformaadilise elemendiga veel saavutatud.
Võrdluseks on ettevõtte QSE-5 katseelemendi ruumalaline energiatihedus ligikaudu 844 Wh/l.
Seega tuleb Osprey tulemusi hinnates eristada kolme asja: mõõdetud vastupidavust, eritingimustes saavutatud laadimiskiirust ja tuleviku energiatiheduse prognoosi.
Volkswageni koostöö annab QuantumScape'ile eelise
QuantumScape'i üks olulisemaid partnereid on Volkswageni kontserni akuettevõte PowerCo.
Koostöö eesmärk on viia ettevõtte tahkisakutehnoloogia suuremahulisse tootmisse. QuantumScape arendab samal ajal QSE-5 platvormi ning valmistab ette tehnoloogia litsentsimist teistele akutootjatele.
Osprey avab täiendava ärivõimaluse. Partnerid saavad kasutada QuantumScape'i keraamilist separaatorit koos oma sulfiidipõhiste katoodidega, ilma et peaksid kogu akukeemiat ümber kujundama.
See võiks muuta QuantumScape'i senisest rohkem tehnoloogiatarnijaks, mitte üksnes akuelementide arendajaks.
Konkurents on aga tugev. Toyota, Samsung SDI, BYD ja mitmed teised ettevõtted arendavad samuti tahkisakusid. Nende peamine väljakutse pole enam üksnes suure energiatiheduse saavutamine, vaid stabiilne ja majanduslikult mõistlik seeriatootmine.
Elektriautode jaoks on otsustav tootmiskõlblikkus
Euroopa autotööstusele võiks väiksema survevajadusega tahkisaku pakkuda olulisi eeliseid.
Kui akupakk ei vaja massiivset survemehhanismi, saab vähendada konstruktsiooni massi ja vabastada ruumi täiendavatele elementidele. See parandaks potentsiaalselt nii sõiduulatust kui ka energiatihedust.
Samas ei piisa üksnes 1000 laadimistsüklist. Autotootjad vajavad tõendeid suureformaadiliste elementide vastupidavuse, ohutuse, kiirlaadimise ja töökindluse kohta erinevates temperatuurides.
QuantumScape pole veel avaldanud Osprey seeriatootmise algusaega.
Osprey suurim saavutus pole seega 80% mahutavuse säilitamine pärast 1000 tsüklit, vaid selle tulemuse saavutamine väikese välise survega. Kui ettevõte suudab sama omaduse säilitada suuremates akuelementides, võib see eemaldada ühe olulise takistuse tahkisakude jõudmisel elektriautodesse.
Praegu on tegemist paljulubava laboritulemusega, mille muutmine konkurentsivõimeliseks tööstustooteks nõuab veel märkimisväärset arendustööd.
