QuantumScapova nova baterija s trdnim elektrolitom je zdržala 1000 ciklov polnjenja, a njen največji dosežek je drugje
Ameriški razvijalec baterijske tehnologije QuantumScape je predstavil platformo baterij s trdnim elektrolitom Osprey. Preizkusna celica je po 1000 popolnih ciklih polnjenja in praznjenja ohranila približno 80 % prvotne kapacitete. Še pomembneje je, da je baterija delovala pri zunanjem tlaku zgolj ene atmosfere. To bi lahko pomagalo rešiti eno najtežjih težav pri baterijah s trdnim elektrolitom: potrebo po težkih in dragih konstrukcijah za vzdrževanje tlaka.
Baterija s trdnim elektrolitom brez tekočega elektrolita
Osprey združuje keramični separator podjetja, zasnovo brez vnaprej izdelane anode in katodo, ki vsebuje trdni elektrolit na osnovi sulfidov.
Za razliko od prejšnje platforme QSE nova zasnova v katodi ne uporablja tekočega elektrolita. Osprey je zato baterijska celica s povsem trdnim elektrolitom.
Zasnova brez vnaprej izdelane anode pomeni, da baterija ob izdelavi nima ločene anode iz kovinskega litija. Med prvim polnjenjem se kovinski litij odlaga na površini keramičnega separatorja in tvori plast, potrebno za shranjevanje energije.
Tak pristop omogoča manjšo porabo materiala in večjo energijsko gostoto. Izziva pa ostajata neenakomerno odlaganje litija in ohranjanje stika med trdnimi materiali.
Elektroliti na osnovi sulfidov dobro prevajajo litijeve ione, vendar številne obstoječe zasnove zahtevajo visok zunanji tlak. Zaradi tega je zgradba baterijskega sklopa težja in bolj zapletena.
1000 ciklov brez obsežne konstrukcije za vzdrževanje tlaka
QuantumScape je preizkusil dvoslojno baterijsko celico s katodo velikosti 50 × 65 mm.
Pri 30 °C in zunanjem tlaku ene atmosfere je celica prestala 1000 popolnih ciklov polnjenja in praznjenja. Hitrost polnjenja in praznjenja je bila 1C, površinska kapaciteta katode pa 5,5 mAh/cm².
Ob koncu preizkusa je celica ohranila približno 80 % prvotne kapacitete.
Za primerjavo: nekatere baterije s trdnim elektrolitom na osnovi sulfidov potrebujejo tlak več deset atmosfer. Pri velikem baterijskem sklopu bi to pomenilo precejšnjo dodatno težo.
Rezultat platforme Osprey nakazuje možnost, kako premagati to omejitev.
Vendar je treba upoštevati velikost preizkusne celice. Njena kapaciteta je bila približno 0,3–0,4 Ah, medtem ko ima QuantumScapova prejšnja celica QSE-5 kapaciteto okoli 5 Ah.
Podjetje je torej pokazalo, da tehnologija deluje v majhni laboratorijski celici, ne pa še v bateriji za električno vozilo, primerni za množično proizvodnjo.
Petminutno polnjenje je zahtevalo temperaturo 80 °C
QuantumScape je predstavil tudi druge odmevne rezultate.
Po navedbah proizvajalca je bilo mogoče baterijo Osprey v petih minutah napolniti z 10 na 80 %. Preizkus pa je potekal pri 80 °C, kar je nad običajno delovno temperaturo tipične baterije električnega vozila.
Podjetje je prikazalo tudi delovanje baterije pri -20 °C. Pri tem preizkusu je majhna enoslojna celica ohranila približno 68 % kapacitete, izmerjene pri sobni temperaturi. Pri preizkusu so uporabili razmeroma nizek tok praznjenja.
QuantumScape za Osprey napoveduje energijsko gostoto do 1100 Wh/l. Vendar te vrednosti še niso dosegli v izdelani celici velikega formata.
Za primerjavo: preizkusna celica QSE-5 podjetja QuantumScape ima prostorninsko energijsko gostoto približno 844 Wh/l.
Pri presoji rezultatov platforme Osprey je zato treba razlikovati med tremi stvarmi: izmerjeno vzdržljivostjo, hitrostjo polnjenja, doseženo v posebnih pogojih, in napovedjo prihodnje energijske gostote.
Partnerstvo z Volkswagnom daje QuantumScapu prednost
Eden najpomembnejših partnerjev podjetja QuantumScape je PowerCo, baterijsko podjetje skupine Volkswagen.
Cilj partnerstva je omogočiti množično proizvodnjo baterij s trdnim elektrolitom na podlagi tehnologije podjetja. QuantumScape razvija tudi platformo QSE-5 in se pripravlja na licenciranje svoje tehnologije drugim proizvajalcem baterij.
Osprey odpira dodatno poslovno priložnost. Partnerji lahko QuantumScapov keramični separator uporabljajo s svojimi katodami na osnovi sulfidov, ne da bi morali na novo zasnovati celotno kemijsko sestavo baterije.
To bi lahko podjetju QuantumScape omogočilo večjo vlogo dobavitelja tehnologije, ne le razvijalca baterijskih celic.
Konkurenca pa je močna. Baterije s trdnim elektrolitom razvijajo tudi Toyota, Samsung SDI, BYD in več drugih podjetij. Njihov glavni izziv ni več zgolj doseganje visoke energijske gostote, temveč zagotavljanje stabilne in ekonomsko upravičene množične proizvodnje.
Za električna vozila je odločilna pripravljenost na proizvodnjo
Baterija s trdnim elektrolitom, ki potrebuje manjši tlak, bi lahko evropski avtomobilski industriji prinesla pomembne prednosti.
Če baterijski sklop ne potrebuje obsežnega mehanizma za vzdrževanje tlaka, je mogoče zmanjšati težo njegove konstrukcije in sprostiti prostor za dodatne celice. To bi lahko izboljšalo tako doseg kot energijsko gostoto.
Vendar samo 1000 ciklov polnjenja ni dovolj. Proizvajalci avtomobilov potrebujejo dokaze o vzdržljivosti, varnosti, zmogljivosti hitrega polnjenja in zanesljivosti celic velikega formata pri različnih temperaturah.
QuantumScape še ni napovedal, kdaj se bo začela množična proizvodnja platforme Osprey.
Največji dosežek platforme Osprey torej ni to, da je po 1000 ciklih ohranila 80 % kapacitete, temveč da je ta rezultat dosegla pri nizkem zunanjem tlaku. Če bo podjetju enako lastnost uspelo ohraniti v večjih baterijskih celicah, bi lahko odpravilo pomembno oviro za uporabo baterij s trdnim elektrolitom v električnih vozilih.
Za zdaj gre za obetaven laboratorijski rezultat, ki bo za preobrazbo v konkurenčen industrijski izdelek zahteval še precej razvojnega dela.
