QuantumScape представляет твердотельный аккумулятор, который заряжается за 5 минут и сохраняет 80% заряда после 1000 циклов.
На протяжении многих лет аккумуляторы с твердым электролитом представлялись как святой грааль электромобилей. Более длительный запас хода, значительно более короткие времена зарядки и высокая безопасность по сравнению с традиционными аккумуляторами. Однако превращение этих теоретических преимуществ в продукт, который можно производить в крупных масштабах и который будет служить сотни тысяч километров, оказалось гораздо сложнее, чем ожидалось.
Одним из производителей, который уже давно пытается преодолеть эти трудности, является QuantumScape. Американская компания, имеющая тесные промышленные связи с группой Volkswagen, недавно объявила о новой платформе под названием Osprey, с помощью которой она намерена ускорить разработку полностью твердых аккумуляторов и сделать свои технологии доступными для других производителей.
Новшество заключается не только в создании аккумулятора с высокими характеристиками. Компания QuantumScape утверждает, что решила одну из самых серьезных технических проблем аккумуляторов на основе сульфидов — необходимость применения высокого механического давления для обеспечения стабильной работы во время циклов зарядки и разрядки.
Аккумулятор, который заряжается за пять минут и сохраняет 80% своей емкости после 1 000 циклов.
Новая платформа Osprey объединяет несколько технологий, над которыми QuantumScape работает уже много лет. С одной стороны, в ней используется запатентованный керамический разделитель, предназначенный для транспортировки ионов лития и предотвращения проблем, связанных с образованием нежелательных металлических структур, которые разрушают элементы аккумулятора. С другой стороны, в платформе применяется конструкция из металлического лития без традиционного анода и полностью твердый катод.
Эта последняя особенность представляет собой значительное отличие по сравнению с другими архитектурами, сочетающими твердые компоненты с жидкими материалами. В проекте Osprey компания QuantumScape стремится избавиться от жидкого электролита и воспользоваться преимуществами полностью твердой архитектуры.
Первые тесты, опубликованные компанией, показывают особенно интересные результаты. Аккумуляторы смогли пройти 1 000 полных циклов зарядки и разрядки, сохранив примерно 80% от своей первоначальной ёмкости. Этот результат свидетельствует о потенциальной конкурентоспособности таких аккумуляторов для использования в автомобилях.
Чтобы понять масштабы этого показателя, если бы аккумулятор позволял преодолевать 500 километров за один полный цикл, то 1 000 циклов теоретически соответствовали бы примерно 500 000 километрами суммарного пробега. Разумеется, это лишь ориентировочное сравнение, поскольку фактическое разрушение аккумулятора также зависит от времени, температуры и условий эксплуатации.
Но, вероятно, самым привлекательным параметром является скорость зарядки. QuantumScape утверждает, что Osprey может достичь от 10 до 80% заряда всего за пять минут. Следовательно, речь идет о мощности, превышающей 500 кВт.
Компания также ставит цель достичь потенциальной объемной энергетической плотности до 1 100 Вт·ч/л — очень высокого показателя, который позволил бы хранить больше энергии на одинаковом пространстве. Это открывает два варианта для производителей: увеличить автономность без увеличения размеров аккумулятора или сохранить текущую ёмкость с использованием более компактной конструкции.
К этим характеристикам добавляется возможность работы при температурах ниже -20 °C, что особенно важно для рынков с суровыми зимами, где традиционные аккумуляторы могут испытывать значительное снижение эффективности и способности к зарядке.
Однако наиболее значимым прорывом может оказаться совсем другой, менее заметный на первый взгляд фактор, но крайне важный для внедрения этой технологии в производство.
Твердотельные аккумуляторы на основе сульфидов обычно требуют значительного механического давления для поддержания надлежащего контакта между их внутренними компонентами. Если этот контакт ухудшается в процессе циклов зарядки и разрядки, увеличивается внутреннее сопротивление, что может ускорить разрушение аккумулятора. Это вынуждает использовать системы, способные удерживать элементы в сжатом состоянии, что добавляет сложности, вес и затраты к конструкции. Особенно серьезной проблемой является это в автомобилях, где каждый килограмм и каждый сантиметр имеют решающее значение.
QuantumScape утверждает, что компания Osprey смогла завершить испытания, используя всего одну атмосферу давления, примерно соответствующую нормальному атмосферному давлению. Компания представляет этот результат как особенно важный прорыв для аккумуляторов с твердыми катодами на основе сульфидов.
Возможность добиться длительного срока службы без необходимости применения высокого давления может значительно упростить проектирование будущих аккумуляторных пакетов и облегчить их внедрение в серийные электромобили.
Компания утверждает, что протестировала эту архитектуру, используя различные формулы твердых катодов, как разработанные самостоятельно, так и предоставленные клиентами из автомобильной отрасли. Это позволит другим производителям использовать керамический разделитель и архитектуру QuantumScape для создания собственных аккумуляторов.
У нас отсутствуют даты. QuantumScape не сообщила конкретной даты начала массового коммерческого производства, а также не уточнила стоимость этой технологии по сравнению с современными аккумуляторами типа LFP или NMC.
Однако объявленные достижения интересны, поскольку они одновременно решают несколько ключевых проблем твердотельных аккумуляторов: долговечность, скорость зарядки, энергетическая плотность и рабочее давление.
Если QuantumScape сможет применить эти результаты к более крупным элементам и создать конкурентоспособные промышленные процессы, Osprey может стать одной из платформ, способствующих совершению окончательного скачка к полностью твердотельным аккумуляторам. Это технология, которая уже много лет обещает изменить электромобили, и которая постепенно начинает давать все более конкретные результаты.