QuantumScape przedstawia baterię stałą, która ładowa się w 5 minut i zachowuje 80% swojej pojemności po 1000 cyklach.
Przez lata baterie z cieczą elektrolitową prezentowano jako święty graal samochodów elektrycznych – oferują większy zasięg, znacznie krótszy czas ładowania oraz wyższy poziom bezpieczeństwa w porównaniu z tradycyjnymi bateriami. Jednak przekształcenie tych teoretycznych zalet w produkt, który można byłby produkować na dużą skalę i który wytrzyma setki tysięcy kilometrów, okazuje się o wiele trudniejsze, niż się spodziewano.
Jednym z producentów, który od dawna próbuje przezwyciężyć te trudności, jest QuantumScape. Amerykańska firma, utrzymująca ścisłe relacje przemysłowe z Grupą Volkswagen, ogłosiła teraz nową platformę o nazwie Osprey, dzięki której zamierza przyspieszyć rozwój w pełni solidnych baterii oraz udostępnić swoją technologię innym producentom.
Nowość nie polega wyłącznie na stworzeniu baterii o dobrych osiągach. QuantumScape twierdzi, że rozwiązało jeden z najważniejszych problemów technicznych baterii wykorzystujących siarczki: konieczność stosowania wysokiego ciśnienia mechanicznego, aby zapewnić stabilną pracę podczas cykli ładowania i rozładowywania.
Bateria, która ładowa się w pięć minut i zachowuje 80% swojej pojemności po 1.000 cyklach
Nowa platforma Osprey łączy kilka technologii, które QuantumScape rozwija od lat. Z jednej strony wykorzystuje swojego opatentowanego ceramicznego separatora, zaprojektowanego tak, by umożliwiać transport jonów litu i zapobiegać problemom związanym z powstawaniem niepożądanych struktur metalicznych, które niszczą komórki baterii. Z drugiej strony zawiera konstrukcję na bazie metalicznego litu bez tradycyjnego anodu oraz całkowicie stały katodę.
Ta ostatnia cecha stanowi istotną różnicę w porównaniu z innymi architekturami, które łączą komponenty stałe z materiałami płynnymi. W Osprey firma QuantumScape dąży do eliminacji płynnego elektrolitu i wykorzystania zalet architektury całkowicie stałej.
Pierwsze testy opublikowane przez firmę pokazują szczególnie interesujące wyniki. Baterie zdołały przetrwać 1.000 pełnych cykli ładowania i rozładowywania, zachowując około 80% swojej początkowej pojemności. Wynik ten wskazuje na potencjalnie konkurencyjną trwałość tego rozwiązania do zastosowania w samochodach.
Aby umieścić tę wartość w odpowiednim kontekście, gdyby akumulator pozwalał przejechać 500 kilometrów na jeden pełny cykl, to 1.000 cykli teoretycznie odpowiadałoby około 500.000 kilometrów łącznego zasięgu. Oczywiście jest to jedynie orientacyjne porównanie, ponieważ rzeczywisty stopień degradacji zależy również od czasu, temperatury oraz warunków użytkowania.
Jednak najbardziej zwracającym uwagę parametrem jest prawdopodobnie szybkość ładowania. QuantumScape twierdzi, że Osprey potrafi osiągnąć od 10 do 80% naładowania akumulatora w zaledwie pięć minut. Dlatego mówimy o mocy przekraczającej 500 kW.
Firma dąży również do osiągnięcia potencjalnej gęstości energetycznej objętościowej na poziomie 1.100 Wh/L, co jest bardzo wysoką wartością umożliwiającą przechowywanie większej ilości energii w tym samym obszarze. Otwiera to dwie możliwości dla producentów: zwiększenie autonomiczności bez powiększania rozmiarów baterii lub zachowanie obecnej pojemności przy użyciu bardziej kompaktowego rozwiązania.
Do tych osiągów dochodzi możliwość działania w temperaturach poniżej -20 °C, co jest szczególnie interesującą cechą dla rynków o surowych zimach, gdzie tradycyjne baterie mogą doświadczać znacznego spadku wydajności i zdolności do ładowania.
Jednak najważniejszym postępem może być inny, mniej spektakularny na pierwszy rzut oka, ale kluczowy dla wprowadzenia tej technologii do fabryk.
Baterie stałe oparte na siarczkach zazwyczaj wymagają znacznej presji mechanicznej, aby utrzymać dobry kontakt pomiędzy swoimi wewnętrznymi komponentami. Jeśli ten kontakt ulega pogorszeniu podczas cykli ładowania i rozładowywania, wzrasta opór wewnętrzny, a degradacja baterii może się przyspieszyć. To zmusza do zastosowania systemów zdolnych do utrzymywania komórek w stanie stłoczenia, co dodaje złożoności, masy i kosztów całemu układowi. Jest to szczególnie istotny problem w samochodach, gdzie liczy się każdy kilogram i każdy dostępny centymetr.
QuantumScape twierdzi, że Osprey zdołało zakończyć swoje testy przy użyciu jedynie atmosferycznej presji, mniej więcej równej normalnej presji atmosferycznej. Firma przedstawia ten wynik jako szczególnie ważny postęp w dziedzinie baterii z katodami stałymi opartymi na siarczkach.
Osiągnięcie długiego okresu użytkowania bez konieczności stosowania wysokich ciśnień mogłoby znacznie uproszczyć projektowanie przyszłych pakietów baterii oraz ułatwić ich integrację w samochody elektryczne w produkcji.
Firma twierdzi, że przetestowała tę architekturę, wykorzystując różne wersje katod stałych, zarówno te opracowane we własnym zakresie, jak i dostarczone przez klientów z branży motoryzacyjnej. Dzięki temu inni producenci mogliby wykorzystać ceramiczny separator oraz architekturę QuantumScape do tworzenia własnych baterii.
Brakuje nam tylko dat. QuantumScape nie podało konkretnego terminu wprowadzenia tej technologii do masowej produkcji handlowej, ani nie określiło jej kosztu w porównaniu z obecnymi bateriami typu LFP lub NMC.
Jednak ogłoszone postępy są interesujące, ponieważ jednocześnie adresują kilka z największych wyzwań związanych z bateriami stałymi: trwałość, szybkość ładowania, gęstość energetyczną oraz warunki pracy.
Jeśli QuantumScape uda się przenieść te wyniki na większe ogniwa oraz na konkurencyjne procesy przemysłowe, Osprey może stać się jedną z platform, które pomogą dokonać ostatecznego kroku w kierunku baterii całkowicie stałych. To technologia, która od lat obiecuje zmienić samochody elektryczne i która stopniowo zaczyna dostarczać coraz bardziej konkretnych rezultatów.