QuantumScape, jeden ze startupów pracujących nad ogniwami ze stałym elektrolitem, pochwalił się rozpoczęciem testów z ogniwami 10-warstwowymi. W 2022 roku firma chce pokazać ogniwa z kilkudziesięcioma warstwami, a pierwszą testową partię nadającą się do samochodów planuje wyprodukować w 2023 roku.
Ogniwa ze stałym elektrolitem muszą być trwałe i pojemne. Na razie są trwałe
Ogniwa rozwijane przez QuantumScape to układy Li metal bez anody. Anoda buduje się z litu na elektrodzie w trakcie ładowania baterii i ulega dezintegracji w trakcie rozładowywania. W normalnym ogniwie Li-ion anoda jest zbudowana z jakiejś formy węgla (np. grafit), bywa domieszkowana krzemem. Gdy w ogniwie nie ma grafitu, nie zajmuje on przestrzeni, więc większa część objętości i masy ogniwa może posłużyć do przechowywania ładunku.
QuantumScape uważane było przez długi czas za najbardziej obiecujący ze startupów, gdy chodzi o prace nad ogniwami solid-state, ale nawet ta firma zastrzega, że rozwój będzie powolny. Po ogniwach 1- i 4-warstwowych udało się stworzyć ogniwo 10-warstwowe, które w pierwszych parudziesięciu cyklach pracy w trybie 1C-1C (ładowanie i rozładowywanie z mocą równą pojemności ogniwa) oraz C/3-C/3 wykazuje znikomą degradację. Ale to ledwie 20-35 cykli dla raptem kilku ogniw, firma mówi wprost o wczesnych etapach prac:
Pierwsze testy ogniw 10-warstwowych QuantumScape. Z wykresu wynika, że przeprowadzono ledwie 20-36 cykli pracy (c) QuantumScape
Plusem eksperymentu jest fakt, że przebiega on w temperaturze bliskiej temperaturze pokojowej (porównaj: temperatura pracy baterii eCitaro firmy BlueSolutions). Oraz że mamy do czynienia ze stosunkowo dużymi ogniwami w formacie 7,5×8 cm. Plusem jest również możliwość połączenia stałego elektrolitu QuantumScape z tanimi katodami litowo-żelazowo-fosforanowymi. Zaletą jest wreszcie uczciwość QuantumScape, które podaje wszystkie istotne parametry testu.
Poprzednia generacja ogniw ze stałym elektrolitem, ogniwa 4-warstwowe. Najgorzej działające z ogniw straciło około 5-6 procent pojemności po 400 cyklach pracy. Ciekawe są wyraźnie widoczne falowania zmiany w energii rozładowywania (tj. pojemności baterii) tuż przed cyklem numer 400 (c) QuantumScape
Ale na tym koniec zalet. Ogniwa Li metal podczas pracy pęcznieją, ponieważ związany wcześniej lit tworzy w nich odrębny byt, anodę. Dlatego QuantumScape testuje je pod ciśnieniem 3,4 atmosfery, żeby spowolnić ten proces. To oznacza, że potencjalne rozhermetyzowanie pojemnika akumulatora może w przyszłości prowadzić do awarii baterii. Tak samo oczywiście jest z oponą (przebita przestaje się nadawać), ale opona nie jest warta tyle co 1/3 samochodu.
Jednak wysokie ciśnienie w pojemniku to chyba najmniejszy kłopot. Otóż ogniwa 10-warstwowe to etap pośredni do ogniw z kilkudziesięcioma warstwami, finalnego wariantu, który ma zostać zaprezentowany w 2022 roku. Dopiero one będą oferowały wystarczającą gęstość energii, by móc konkurować stosunkiem możliwości do ceny z klasycznymi ogniwami Li-ion [tego QuantumScape nie mówi]. Pierwsze prototypowe ogniwa nadające się do zastosowania w samochodach wyjadą z kalifornijskiej fabryki QS-0 w 2023 roku, za dwa lata, ponieważ firma pracuje obecnie nad przeskalowaniem produkcji ceramicznych separatorów (elektrolitów).
10-warstwowe ogniwo QuantumScape w twardej obudowie (po lewej) oraz nowa linia wygrzewająca instalowana w fabryce QS-0 (c) QuantumSCape
Dość obiecująco prezentuje się wspomniana możliwość zastosowania elektrolitu QuantumScape w ogniwach LFP. Dzięki niemu takie ogniwa osiągają gęstość energii wynoszącą 0,6-0,7 kWh/l, równą najlepszym współczesnym ogniwom Li-ion z katodami niklowo-manganowo-kobaltowymi i ciekłymi elektrolitami. Mówiąc po ludzku: ze stałym elektrolitem QuantumScape Porsche mogłoby utrzymać pojemność baterii Taycana bez zmiany rozmiarów pojemnika przy jednoczesnym znaczącym obniżeniu jego ceny za sprawą wykorzystania LFP.
Do komercjalizacji ogniw ma dojść najwcześniej na przełomie 2023 i 2024 roku.
Nie przegap nowych treści, KLIKNIJ i OBSERWUJ Elektrowoz.pl w Google News. Mogą Cię też zainteresować poniższe reklamy: