Твердотельные батареи долгое время рассматривались как потенциальный "святой Грааль" в мире технологий, позволяющий поставить электромобили наравне с автомобилями с ДВС. Эта технология обещает сократить расходы, увеличивая запас хода, сокращая время зарядки и повышая безопасность. Но разработчики изо всех сил пытались найти баланс между параметрами и оптимизировать общую производительность.
Уже нет. Quantum Scape, стартап с 10-летней историей, поддерживаемый Volkswagen Group, утверждает, что решил технические проблемы и имеет результаты испытаний, подтверждающие это.
Хорошие результаты
Компания из Кремниевой долины заявляет, что ее конструкция почти вдвое превышает удельную энергию (1000 ватт-часов на литр) по сравнению с ведущими литий-ионными элементами, демонстрируя при этом улучшение времени зарядки, срока службы, безопасности и рабочей температуры.
Предполагаемые преимущества включают:
- На 80ь% больший запас хода, чем у нынешних литий-ионных батарей
- Зарядка до 80 % за 15 минут.
- Сохранение 80 % емкости после 800 циклов зарядки с кулоновской эффективностью 99,97 %.
Кроме того, Quantum Scape заявляет, что их батареи способны работать на сотни тысяч миль и могут работать в широком диапазоне температур, в том числе до -30 ° C. Для сравнения, поставщик говорит, что другие твердотельные батареи служат всего несколько сотен циклов и плохо работают в экстремальных условиях.
Как это устроено
Как и в других твердотельных батареях, Quantum Scape использует твердый электролит вместо жидких, используемых в обычных литий-ионных элементах.
Запатентованная конструкция Quantum Scape заменяет органический сепаратор, используемый в обычных ячейках, на гибкий керамический блок. Отсутствует традиционный углеродный или углеродно-кремниевый анод, а также отсутствует избыток лития.
По словам поставщика, чистый металлический литиевый анод формируется на месте, когда квантовый элемент заряжается, а не при его производстве. Quantum Scape заявляет, что архитектура обеспечивает высокую плотность энергии, позволяя снизить затраты на материалы и упростить производство.
Утверждается, что конструкция еще больше увеличивает плотность энергии, поскольку на аноде нет лишнего лития. В некоторых предыдущих попытках создания твердотельных батарей использовалась литиевая фольга или другой анод с осажденным литием, что, как отмечает Quantum Scape, снижает плотность.
"Для повышения безопасности негорючий твердотельный сепаратор изолирует анод от катода даже при гораздо более высоких температурах, чем обычные органические элементы, используемые в литий-ионных батареях", - сообщает поставщик.
Quantum Scape имеет около 200 патентов и приложений, связанных с этой технологией.
Что дальше?
Несколько других автопроизводителей, включая BMW, Fisker, Porsche, Tesla и Toyota, а также поставщики аккумуляторов, разрабатывают собственные твердотельные системы. Но большинство не ожидает, что коммерциализация вырастет в течение 5-10 лет.
VW, вложивший в Quantum Scape более 300 миллионов долларов, стремится выйти на рынок одним из первых. В 2018 году автопроизводитель создал совместное предприятие с Quantum Scape с целью представить к 2025 году электромобили следующего поколения с батареями.
«Мы считаем, что новая технология литий-металлических твердотельных аккумуляторов открывает автомобильную промышленность для аккумуляторов следующего поколения и создает основу для перехода к более полностью электрифицированному автопарку», - говорит генеральный директор Quantum Scape Джагдип Сингх.
