QuantumScape’in yeni katı hâl bataryası 1000 şarj döngüsünü tamamladı, ancak asıl başarısı başka yerde
ABD’li batarya teknolojisi geliştiricisi QuantumScape, Osprey katı hâl batarya platformunu tanıttı. Test hücresi, 1000 tam şarj-deşarj döngüsünün ardından başlangıç kapasitesinin yaklaşık %80’ini korudu. Daha önemlisi, batarya yalnızca bir atmosferlik dış basınç altında çalıştı. Bu sonuç, katı hâl bataryalarının karşılaştığı en zorlu sorunlardan biri olan, basıncı korumak için ağır ve maliyetli yapılara ihtiyaç duyulması sorununun aşılmasına yardımcı olabilir.
Sıvı elektrolit içermeyen katı hâl bataryası
Osprey, şirketin seramik ayırıcısını, anot içermeyen bir tasarımı ve sülfürür bazlı katı elektrolit içeren bir katodu bir araya getiriyor.
Yeni tasarımda, önceki QSE platformundan farklı olarak katotta sıvı elektrolit kullanılmıyor. Böylece Osprey, tümüyle katı hâl bir batarya hücresi oluyor.
Anot içermeyen tasarım, batarya üretildiğinde ayrı bir lityum metal anot bulunmadığı anlamına geliyor. İlk şarj sırasında metalik lityum, seramik ayırıcının yüzeyinde birikerek enerji depolamak için gereken katmanı oluşturuyor.
Bu yaklaşım, kullanılan malzeme miktarını azaltmaya ve enerji yoğunluğunu artırmaya imkân tanıyor. Ancak lityumun düzensiz birikmesi ve katı malzemeler arasındaki temasın korunması hâlâ sorun oluşturuyor.
Sülfürür bazlı elektrolitler lityum iyonlarını iyi iletiyor, ancak mevcut birçok tasarım yüksek dış basınç gerektiriyor. Bu da batarya paketinin yapısını daha ağır ve karmaşık hâle getiriyor.
Büyük bir basınç koruma yapısı olmadan 1000 döngü
QuantumScape, katodu 50 × 65 mm ölçülerinde olan iki katmanlı bir batarya hücresini test etti.
Hücre, 30 °C sıcaklıkta ve bir atmosferlik dış basınç altında 1000 tam şarj-deşarj döngüsünü tamamladı. Şarj ve deşarj hızı 1C, katodun birim alan başına kapasitesi ise 5,5 mAh/cm² idi.
Testin sonunda hücre, başlangıç kapasitesinin yaklaşık %80’ini korudu.
Karşılaştırma için, bazı sülfürür bazlı katı hâl bataryaları onlarca atmosfer basınç gerektiriyor. Büyük bir batarya paketinde bu, kayda değer bir ek ağırlık anlamına gelir.
Osprey’in sonucu, bu kısıtlamanın aşılması için bir yol gösteriyor.
Ancak test hücresinin boyutu da dikkate alınmalı. Kapasitesi yaklaşık 0,3–0,4 Ah iken QuantumScape’in önceki QSE-5 hücresinin kapasitesi yaklaşık 5 Ah.
Dolayısıyla şirket, teknolojinin seri üretime uygun bir elektrikli araç bataryasında değil, küçük bir laboratuvar hücresinde çalıştığını göstermiş oldu.
Beş dakikada şarj için 80 °C sıcaklık gerekti
QuantumScape başka dikkat çekici sonuçlar da sundu.
Üreticiye göre Osprey, bataryanın şarj seviyesini beş dakikada %10’dan %80’e çıkarabildi. Ancak test, tipik bir elektrikli araç bataryasının normal çalışma sıcaklığının üzerinde, 80 °C’de yapıldı.
Şirket, bataryanın -20 °C’de çalıştığını da gösterdi. Bu testte küçük, tek katmanlı bir hücre, oda sıcaklığında ölçülen kapasitenin yaklaşık %68’ini korudu. Testte nispeten düşük bir deşarj akımı kullanıldı.
QuantumScape, Osprey için 1100 Wh/l’ye kadar enerji yoğunluğu öngörüyor. Ancak bu değere tamamlanmış büyük formatlı bir hücrede henüz ulaşılamadı.
Karşılaştırma için, şirketin QSE-5 test hücresinin hacimsel enerji yoğunluğu yaklaşık 844 Wh/l.
Bu nedenle Osprey’in sonuçları değerlendirilirken üç unsur birbirinden ayrılmalı: ölçülmüş dayanıklılık, özel koşullarda elde edilmiş şarj hızı ve gelecekteki enerji yoğunluğuna ilişkin öngörü.
Volkswagen ortaklığı QuantumScape’e avantaj sağlıyor
QuantumScape’in en önemli ortaklarından biri, Volkswagen Grubu’nun batarya şirketi PowerCo.
Ortaklık, şirketin katı hâl batarya teknolojisini büyük ölçekli üretime taşımayı amaçlıyor. QuantumScape ayrıca QSE-5 platformunu geliştiriyor ve teknolojisini diğer batarya üreticilerine lisanslamaya hazırlanıyor.
Osprey ek bir iş fırsatı yaratıyor. Ortaklar, bataryanın tüm kimyasını yeniden tasarlamak zorunda kalmadan QuantumScape’in seramik ayırıcısını kendi sülfürür bazlı katotlarıyla kullanabilir.
Bu, QuantumScape’in yalnızca batarya hücresi geliştiricisi olarak değil, teknoloji tedarikçisi olarak da daha büyük bir rol üstlenmesini sağlayabilir.
Ancak rekabet güçlü. Toyota, Samsung SDI, BYD ve başka bazı şirketler de katı hâl bataryaları geliştiriyor. Bu şirketlerin başlıca zorluğu artık yalnızca yüksek enerji yoğunluğuna ulaşmak değil, istikrarlı ve ekonomik açıdan uygulanabilir seri üretimi sağlamak.
Elektrikli araçlar için belirleyici olan üretime hazırlık
Daha az basınç gerektiren bir katı hâl bataryası, Avrupa otomotiv sanayisine önemli avantajlar sunabilir.
Batarya paketinde hacimli bir basınç mekanizmasına ihtiyaç duyulmazsa yapısal ağırlık azaltılabilir ve ek hücreler için yer açılabilir. Bu da potansiyel olarak hem menzili hem de enerji yoğunluğunu artırabilir.
Ancak tek başına 1000 şarj döngüsü yeterli değil. Otomobil üreticilerinin büyük formatlı hücrelerin dayanıklılığına, güvenliğine, hızlı şarj performansına ve farklı sıcaklıklardaki güvenilirliğine ilişkin kanıtlara ihtiyacı var.
QuantumScape, Osprey’in seri üretiminin ne zaman başlayacağını henüz açıklamadı.
Dolayısıyla Osprey’in en büyük başarısı, 1000 döngü sonunda kapasitesinin %80’ini koruması değil, bu sonuca düşük dış basınç altında ulaşması. Şirket aynı özelliği daha büyük batarya hücrelerinde de koruyabilirse katı hâl bataryalarının elektrikli araçlarda kullanılmasının önündeki önemli bir engeli kaldırabilir.
Şimdilik bu, rekabetçi bir endüstriyel ürüne dönüşmesi için hâlâ önemli ölçüde geliştirme çalışması gerektiren, umut vadeden bir laboratuvar sonucu.
