Noua baterie cu electrolit solid de la QuantumScape a rezistat la 1.000 de cicluri de încărcare, dar cea mai importantă realizare este alta

O baterie cu electrolit solid, fără electrolit lichid

Osprey combină separatorul ceramic al companiei, o configurație fără anod și un catod care încorporează un electrolit solid pe bază de sulfuri.

Spre deosebire de platforma QSE anterioară, noua configurație nu folosește electrolit lichid în catod. Astfel, Osprey este o celulă de baterie cu electrolit integral solid.

Configurația fără anod înseamnă că, la fabricarea bateriei, nu există un anod separat din litiu metalic. La prima încărcare, litiul metalic se depune pe suprafața separatorului ceramic și formează stratul necesar stocării energiei.

Această abordare permite reducerea cantității de materiale folosite și creșterea densității energetice. Totuși, depunerea neuniformă a litiului și menținerea contactului între materialele solide rămân provocări.

Electroliții pe bază de sulfuri conduc bine ionii de litiu, dar multe dintre configurațiile existente necesită o presiune externă ridicată. Aceasta face structura pachetului de baterii mai grea și mai complexă.

1.000 de cicluri fără o structură de mari dimensiuni pentru menținerea presiunii

QuantumScape a testat o celulă de baterie cu două straturi, al cărei catod măsura 50 × 65 mm.

La 30 °C și la o presiune externă de o atmosferă, celula a parcurs 1.000 de cicluri complete de încărcare și descărcare. Rata de încărcare și descărcare a fost de 1C, iar capacitatea pe unitatea de suprafață a catodului a fost de 5,5 mAh/cm².

La finalul testului, celula păstra aproximativ 80% din capacitatea inițială.

Prin comparație, unele baterii cu electrolit solid pe bază de sulfuri necesită presiuni de ordinul zecilor de atmosfere. Într-un pachet mare de baterii, aceasta ar însemna o creștere semnificativă a greutății.

Rezultatul obținut cu Osprey indică o posibilă cale de depășire a acestei limitări.

Totuși, trebuie luată în considerare dimensiunea celulei testate. Capacitatea ei a fost de aproximativ 0,3–0,4 Ah, în timp ce celula QSE-5 dezvoltată anterior de QuantumScape are o capacitate de circa 5 Ah.

Prin urmare, compania a demonstrat că tehnologia funcționează într-o celulă mică de laborator, nu încă într-o baterie pentru vehicule electrice adecvată producției de masă.

Încărcarea în cinci minute a necesitat o temperatură de 80 °C

QuantumScape a prezentat și alte rezultate impresionante.

Potrivit producătorului, Osprey a permis creșterea nivelului de încărcare a bateriei de la 10% la 80% în cinci minute. Totuși, testul a avut loc la 80 °C, peste temperatura normală de funcționare a unei baterii obișnuite pentru vehicule electrice.

Compania a demonstrat și funcționarea bateriei la -20 °C. În acest test, o celulă mică, cu un singur strat, și-a păstrat aproximativ 68% din capacitatea măsurată la temperatura camerei. Testul a folosit un curent de descărcare relativ mic.

QuantumScape estimează pentru Osprey o densitate energetică de până la 1.100 Wh/l. Totuși, această valoare nu a fost încă atinsă într-o celulă de format mare realizată.

Prin comparație, celula de test QSE-5 a companiei are o densitate energetică volumetrică de aproximativ 844 Wh/l.

Pentru evaluarea rezultatelor Osprey trebuie, așadar, făcută distincția între trei aspecte: durabilitatea măsurată, viteza de încărcare obținută în condiții speciale și densitatea energetică estimată pentru viitor.

Parteneriatul cu Volkswagen îi oferă QuantumScape un avantaj

Unul dintre cei mai importanți parteneri ai QuantumScape este PowerCo, compania de baterii a Grupului Volkswagen.

Parteneriatul urmărește introducerea tehnologiei de baterii cu electrolit solid a companiei în producția de mare serie. QuantumScape dezvoltă și platforma QSE-5 și se pregătește să acorde licențe pentru tehnologia sa altor producători de baterii.

Osprey deschide o oportunitate comercială suplimentară. Partenerii pot folosi separatorul ceramic al QuantumScape împreună cu propriile catozi pe bază de sulfuri, fără să fie nevoiți să reproiecteze întreaga compoziție chimică a bateriei.

Acest lucru ar putea conferi QuantumScape un rol mai important ca furnizor de tehnologie, nu doar ca dezvoltator de celule de baterie.

Concurența este însă puternică. Toyota, Samsung SDI, BYD și alte câteva companii dezvoltă, la rândul lor, baterii cu electrolit solid. Principala lor provocare nu mai este doar obținerea unei densități energetice ridicate, ci asigurarea unei producții de masă stabile și viabile economic.

Pregătirea pentru producție este decisivă în cazul vehiculelor electrice

O baterie cu electrolit solid care necesită o presiune mai mică ar putea oferi avantaje semnificative industriei auto europene.

Dacă un pachet de baterii nu are nevoie de un mecanism voluminos de menținere a presiunii, greutatea structurii sale poate fi redusă și se poate elibera spațiu pentru celule suplimentare. Acest lucru ar putea îmbunătăți atât autonomia, cât și densitatea energetică.

Totuși, 1.000 de cicluri de încărcare nu sunt suficiente, luate separat. Producătorii auto au nevoie de dovezi privind durabilitatea, siguranța, performanțele la încărcare rapidă și fiabilitatea celulelor de format mare la temperaturi diferite.

QuantumScape nu a anunțat încă momentul în care va începe producția de masă a Osprey.

Prin urmare, cea mai importantă realizare a Osprey nu este păstrarea a 80% din capacitate după 1.000 de cicluri, ci obținerea acestui rezultat la o presiune externă redusă. Dacă firma poate păstra aceeași caracteristică în celule de baterie mai mari, ar putea elimina un obstacol semnificativ din calea introducerii bateriilor cu electrolit solid în vehiculele electrice.

Deocamdată, este un rezultat promițător de laborator, care va necesita în continuare eforturi substanțiale de dezvoltare pentru a deveni un produs industrial competitiv.