QuantumScape представляє твердотільний акумулятор, який заряджається за 5 хвилин та зберігає 80% ємності після 1 000 циклів.

Протягом багатьох років акумулятори з твердим електролітом презентувалися як Святий Грааль електромобілів. Більша автономність, значно коротший час зарядки та вища безпека порівняно з традиційними акумуляторами. Однак перетворення цих теоретичних переваг на продукт, який можна буде виробляти у великих обсягах та який прослужить сотні тисяч кілометрів, виявилося набагато складнішим, ніж очікувалося.

Одним із виробників, які вже давно намагаються подолати ці труднощі, є QuantumScape. Ця американська компанія, яка підтримує тісні промислові зв’язки з групою Volkswagen, тепер оголосила про нову платформу під назвою Osprey, за допомогою якої планує прискорити розробку повністю твердих акумуляторів та надати свої технології іншим виробникам.

Новизна полягає не лише у створенні акумулятора з високими характеристиками. QuantumScape стверджує, що вирішила одну з найважливіших технічних проблем акумуляторів на основі сульфідів: необхідність застосування високого механічного тиску для забезпечення стабільної роботи під час циклів заряджання та розряджання.

Акумулятор, який заряджається за п’ять хвилин та зберігає 80% своєї ємності після 1 000 циклів.

Нова платформа Osprey поєднує кілька технологій, які QuantumScape розробляє вже багато років. З одного боку, вона використовує їхній запатентований керамічний розділювач, створений для забезпечення проходження іонів літію та уникнення проблем, пов’язаних із утворенням небажаних металевих структур, які погіршують роботу елементів. З іншого боку, вона має дизайн з металевим літієм без традиційного анода та повністю твердий катод.

Ця остання особливість становить суттєву відмінність від інших архітектур, які поєднують тверді компоненти з рідкими матеріалами. У проекті Osprey компанія QuantumScape прагне усунути рідкий електроліт та скористатися перевагами повністю твердої архітектури.

Перші тести, опубліковані компанією, демонструють особливо цікаві результати. Акумулятори змогли пройти 1 000 повних циклів зарядки та розрядки, зберігши приблизно 80% своєї початкової ємності. Цей результат свідчить про потенційну конкурентоспроможність щодо терміну служби для використання в автомобілях.

Щоб показати масштаб цього показника, якби акумулятор дозволяв проїхати 500 кілометрів за один повний цикл, то 1 000 циклів теоретично еквівалентні приблизно 500 000 кілометрами сумарного використання. Очевидно, що це орієнтовне порівняння, адже реальне зношення також залежить від часу, температури та умов експлуатації.

Але, ймовірно, найбільше увагу приверне швидкість заряджання. QuantumScape стверджує, що Osprey може досягти рівня 80% заряду від 10% лише за п’ять хвилин. Отже, мова йде про потужність понад 500 кВт.

Компанія також прагне до потенційної об’ємної енергетичної щільності до 1.100 Вт·год/л — дуже високого показника, який дозволив би зберігати більше енергії в однаковому просторі. Це відкриває два варіанти для виробників: або збільшити автономність без збільшення розмірів акумулятора, або зберегти поточну ємність, використовуючи компактнішу конструкцію.

До цих характеристик додається можливість роботи при температурах нижче -20 °C, що є особливо цікавою рисою для ринків із суворими зимами, де звичайні акумулятори можуть втрачати значну частину своїх характеристик та здатності до заряджання.

Проте найважливішим досягненням може бути ще одне, менш помітне на папері, але критично важливе для того, щоб ця технологія потрапила на виробництво.

Тверді акумулятори на основі сульфідів зазвичай потребують значного механічного тиску для підтримання належного контакту між їхніми внутрішніми компонентами. Якщо цей контакт погіршується під час циклів заряджання та розряджання, зростає внутрішній опір, що може прискорити деградацію акумулятора. Це змушує використовувати системи, здатні утримувати елементи під тиском, що додає складності, ваги та витрат до всієї конструкції. Це особливо важлива проблема для автомобілів, де кожен кілограм та кожен сантиметр є вирішальними.

QuantumScape стверджує, що Osprey змогла завершити свої випробування, використовуючи лише одну атмосферу тиску, приблизно рівну звичайному атмосферному тиску. Компанія представляє цей результат як особливо важливий прорив для акумуляторів із твердими катодами на основі сульфідів.

Отримання тривалого терміну служби без необхідності застосування високого тиску могло б значно спростити проектування майбутніх акумуляторних пакетів та полегшити їхню інтеграцію у серійні електромобілі.

Компанія стверджує, що протестувала цю архітектуру, використовуючи різні формулювання твердих катодів, як ті, що були розроблені власними силами, так і ті, що надійшли від клієнтів у автомобільній галузі. Це дозволить іншим виробникам використовувати керамічний розділювач та архітектуру QuantumScape для створення власних акумуляторів.

У нас бракує лише дат. QuantumScape не повідомила конкретної дати для комерційного виробництва в великих масштабах, а також не уточнила вартість цієї технології порівняно з поточними акумуляторами типу LFP чи NMC.

Проте оголошені досягнення є цікавими, оскільки вони одночасно вирішують кілька основних проблем твердих акумуляторів: тривалість служби, швидкість заряджання, енергетична щільність та умови роботи.

Якщо QuantumScape зможе застосувати ці результати у акумуляторах більшого розміру та в конкурентоспроможних промислових процесах, Osprey може стати однією з платформ, які допоможуть здійснити остаточний крок до повністю твердих акумуляторів. Це технологія, яка роками обіцяє змінити електромобілі, і яка поступово починає давати все більш конкретні результати.