QuantumScapeova nova baterija sa čvrstim elektrolitom izdržala je 1.000 ciklusa, ali njen najveći uspeh je nešto drugo
Američka kompanija za razvoj baterijskih tehnologija QuantumScape predstavila je platformu baterija sa čvrstim elektrolitom Osprey. Testirana ćelija zadržala je približno 80% početnog kapaciteta posle 1.000 potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja. Još važnije, radila je pri spoljašnjem pritisku od samo jedne atmosfere. To bi moglo pomoći u rešavanju jednog od najtežih problema ovih baterija: potrebe za teškim i skupim konstrukcijama koje održavaju pritisak.
Baterija sa čvrstim elektrolitom bez tečnog elektrolita
Osprey objedinjuje keramički separator kompanije, konstrukciju bez unapred formirane anode i katodu koja sadrži čvrsti elektrolit na bazi sulfida.
Za razliku od ranije platforme QSE, nova konstrukcija ne koristi tečni elektrolit u katodi. Zato je Osprey baterijska ćelija u kojoj su svi elektroliti čvrsti.
Konstrukcija bez unapred formirane anode znači da baterija u trenutku proizvodnje nema zasebnu anodu od metalnog litijuma. Tokom prvog punjenja, metalni litijum se taloži na površini keramičkog separatora i formira sloj potreban za skladištenje energije.
Takav pristup omogućava manju potrošnju materijala i veću gustinu energije. Međutim, neravnomerno taloženje litijuma i održavanje kontakta između čvrstih materijala i dalje predstavljaju izazove.
Elektroliti na bazi sulfida dobro provode litijumove jone, ali mnoge postojeće konstrukcije zahtevaju visok spoljašnji pritisak. Zbog toga baterijski paket postaje teži i složeniji.
1.000 ciklusa bez masivne konstrukcije za održavanje pritiska
QuantumScape je testirao dvoslojnu baterijsku ćeliju sa katodom dimenzija 50 × 65 mm.
Na temperaturi od 30 °C i pri spoljašnjem pritisku od jedne atmosfere, ćelija je prošla 1.000 potpunih ciklusa punjenja i pražnjenja. Brzina punjenja i pražnjenja bila je 1C, a površinski kapacitet katode 5,5 mAh/cm².
Na kraju testa ćelija je zadržala približno 80% početnog kapaciteta.
Poređenja radi, neke baterije sa čvrstim elektrolitom na bazi sulfida zahtevaju pritisak od nekoliko desetina atmosfera. U velikom baterijskom paketu to bi značilo znatno veću masu.
Rezultat Ospreya ukazuje na mogućnost prevazilaženja tog ograničenja.
Ipak, treba uzeti u obzir veličinu testirane ćelije. Njen kapacitet bio je približno 0,3–0,4 Ah, dok ranija QuantumScapeova ćelija QSE-5 ima kapacitet od oko 5 Ah.
Kompanija je, dakle, pokazala da tehnologija radi u maloj laboratorijskoj ćeliji, ali još ne i u bateriji za električna vozila pogodnoj za masovnu proizvodnju.
Za petominutno punjenje bila je potrebna temperatura od 80 °C
QuantumScape je predstavio i druge upečatljive rezultate.
Prema navodima proizvođača, Osprey je mogao da poveća napunjenost baterije sa 10% na 80% za pet minuta. Međutim, test je obavljen na 80 °C, što je iznad uobičajene radne temperature tipične baterije električnog vozila.
Kompanija je pokazala i rad baterije na -20 °C. U tom testu mala jednoslojna ćelija zadržala je približno 68% kapaciteta izmerenog na sobnoj temperaturi. Korišćena je relativno niska struja pražnjenja.
QuantumScape predviđa da bi Osprey mogao da dostigne gustinu energije do 1.100 Wh/l. Međutim, ta vrednost još nije ostvarena u dovršenoj ćeliji velikog formata.
Poređenja radi, QuantumScapeova testna ćelija QSE-5 ima zapreminsku gustinu energije od približno 844 Wh/l.
Pri ocenjivanju rezultata Ospreya zato treba razlikovati tri stvari: izmerenu trajnost, brzinu punjenja ostvarenu u posebnim uslovima i projekciju buduće gustine energije.
Partnerstvo sa Volkswagenom daje QuantumScapeu prednost
Jedan od najvažnijih partnera QuantumScapea je PowerCo, kompanija za baterije Volkswagen grupe.
Cilj partnerstva je da se QuantumScapeova tehnologija baterija sa čvrstim elektrolitom uvede u proizvodnju velikog obima. QuantumScape takođe razvija platformu QSE-5 i priprema se da licencira svoju tehnologiju drugim proizvođačima baterija.
Osprey otvara i dodatnu poslovnu priliku. Partneri mogu da koriste QuantumScapeov keramički separator sa sopstvenim katodama na bazi sulfida, bez potrebe da iznova projektuju celokupan hemijski sastav baterije.
To bi QuantumScapeu moglo da donese veću ulogu dobavljača tehnologije, umesto da bude samo razvojna kompanija za baterijske ćelije.
Konkurencija je, međutim, snažna. Toyota, Samsung SDI, BYD i još nekoliko kompanija takođe razvijaju baterije sa čvrstim elektrolitom. Njihov glavni izazov više nije samo postizanje visoke gustine energije, već obezbeđivanje stabilne i ekonomski održive masovne proizvodnje.
Spremnost za proizvodnju presudna je za primenu u električnim vozilima
Baterija sa čvrstim elektrolitom kojoj je potreban manji pritisak mogla bi da donese značajne prednosti evropskoj automobilskoj industriji.
Ako baterijskom paketu nije potreban glomazan mehanizam za održavanje pritiska, masa njegove konstrukcije može se smanjiti, a prostor osloboditi za dodatne ćelije. To bi potencijalno moglo da poboljša i domet i gustinu energije.
Međutim, samo 1.000 ciklusa punjenja nije dovoljno. Proizvođačima automobila potrebni su dokazi o trajnosti ćelija velikog formata, njihovoj bezbednosti, performansama pri brzom punjenju i pouzdanosti na različitim temperaturama.
QuantumScape još nije objavio kada će početi masovna proizvodnja Ospreya.
Najveći uspeh Ospreya, dakle, nije to što je posle 1.000 ciklusa zadržao 80% kapaciteta, već to što je taj rezultat postigao pri niskom spoljašnjem pritisku. Ako kompanija uspe da zadrži isto svojstvo i kod većih baterijskih ćelija, mogla bi da ukloni značajnu prepreku uvođenju baterija sa čvrstim elektrolitom u električna vozila.
Za sada je to obećavajući laboratorijski rezultat, ali biće potrebno još mnogo razvojnog rada da bi Osprey postao konkurentan industrijski proizvod.
