Обеспечат ли твердотельные батареи газоподобный запас хода и более быструю зарядку электромобилей

Возможно, загадка твердотельной батареи наконец-то была решена.

Майкл Фарадей открыл твердые электролиты в 1830-х годах, и почти с тех пор твердотельная батарея обещала стать Следующей Большой Электрической Вещью.

Эта идея часто попадает в новости, о которых я отказываюсь сообщать, потому что, используя метафору бейсбола, эти «отбивающие» батареи слишком часто начинают свою хоум-бег рысью, прежде чем осознают, что это всего лишь муха на предупредительную дорожку. Но известный ученый Пол Альбертус говорит, что 10-летний стартап QuantumScape из Стэнфордского университета, занимающийся разработкой батарей,, похоже, достиг "хобота" с точки зрения характеристик их твердотельных батарей.

Вот сделка с твердотельными аккумуляторами: эти батареи давно обещали решить самые сложные проблемы, препятствующие широкому распространению аккумуляторных электромобилей, обеспечивая при этом лучшую производительность по многим показателям.

Жидкие или гелевые электролиты в современных батареях легко воспламеняются и могут замерзнуть, поэтому для них требуются дорогостоящие, сильные системы обогрева, охлаждения и контроля безопасности. Анодные материалы на основе графита, разработанные для захвата ионов лития во время зарядки, громоздкие и тяжелые, а побочные реакции в этом материале со временем ухудшают характеристики. Заряжайте литий-ионный аккумулятор слишком быстро и слишком долго, и на аноде могут образоваться шипы (дендриты) металлического лития, которые пробьют проницаемый «сепаратор», через который протекают ионы, замыкая элемент накоротко. В твердом состоянии отсутствует жидкий электролит, устраняется риск возгорания.

QuantumScape запросил мнение Альберта, потому что бывший глава программы Министерства энергетики по твердотельным батареям ARPA-E теперь является профессиональным скептиком по этому поводу.

QuantumScape произвел впечатление на Альбертуса, сообщив о результатах производительности нескольких образцов, которые были коммерчески размером с игральную карту, а не крошечных отдельных образцов. Они также предоставили данные о циклах зарядки / разрядки целых ячеек, а не отдельных слоев, и протестировали их при значительной плотности тока (3 миллиампер / квадратный сантиметр).

READ  Почему Mazda считает, что меньшая батарея - это хорошо для MX-30

Тестовые ячейки также работали при небольшом давлении (3 атмосферы против 20, необходимых для работы твердотельной конструкции Samsung) и при 30 градусах Цельсия (они работают от 25 до 80, в то время как конкуренты работают только при высоких температурах). Более того, батареи QuantumScape, кажется, демонстрируют снижение емкости всего на 10-15 процентов после 800 циклов (240 000 миль), что в четыре раза превышает производительность конкурентов.

Более того, в конструкции QuantumScape полностью отсутствует анод, уменьшены размер и масса до 400 Втч / кг и более 1000 Втч / л. Используя обычный катод литий-никель-марганец-кобальт (NMC811) и гибкий керамический сепаратор неизвестного химического состава, ионы лития с катода образуют металлическую пленку непосредственно на токосъемнике во время зарядки. Это вызывает расширение ячейки, поэтому аккумуляторная батарея должна позволять это.

Литий образуется на коллекторе тока быстрее, чем на аноде на основе графита, а керамический сепаратор препятствует образованию дендритов, что обеспечивает безопасность более высоких скоростей зарядки. Зарядка до 80 процентов емкости за 15 минут легко осуществима, так как керамический сепаратор может выдерживать высокие плотности тока. Готовы к самым важным новостям? Полная зарядка за две минуты кажется возможной, поскольку было доказано, что сепаратор выдерживает даже более высокие плотности тока, чем допускают некоторые из современных литий-ионных аккумуляторов с самой быстрой зарядкой. Это быстрее, чем качать бензин, потому что ты играешь дома.

READ  Бренд мобильных услуг SAIC Xiangdao Chuxing собрал более 300 млн юаней в раунде серии А.

многообещающие новости: этот керамический сепаратор может быть изготовлен с использованием существующей технологии нанесения покрытия с рулона на рулон, а отказ от металлического литиевого анода, необходимого в некоторых твердотельных концепциях, делает их более легкими и дешевыми в производстве.

Возможно, лучшим показателем жизнеспособности QuantumScape является тот факт, что VW инвестировал 300 миллионов из 1,5 миллиарда в обязательный капитал, привлеченный компанией. Отвечая на звонок об открытии технологии, Юрген Леохольд, член совета директоров QS и бывший руководитель отдела исследований в VW, высказал мнение, что в 2024-2025 годах аккумуляторы начнут производство в первую очередь для продуктов премиум-класса. Мы предполагаем, что Audi E-Tron GT, Porsche Taycan и обещанный электромобиль 2025 года от Bentley являются главными кандидатами, а затраты будут снижаться по мере развития производства твердотельных аккумуляторов.

Подведем итоги: пять лет назад QuantumScape незаметно попал в цель, определив свой керамический сепаратор и безанодную конструкцию, которая позволяет увеличить дальность действия на 80% для батареи данного размера. С тех пор он постоянно подключается к идеальной быстрой зарядке, долгому сроку службы и работе в широком диапазоне температур, уделяя при этом особое внимание технологичности. Считаете ли вы это грандиозным турниром Бейб Рут или двойным ударом по базе, эта батарея может стать переломным моментом.

Часто задаваемые вопросы о твердотельных аккумуляторах

Что такое твердотельный аккумулятор? Технически это батарея, в которой не используется жидкий электролит. Вы также можете увидеть, что они называются полностью твердотельными батареями, или ASSB, чтобы отличать их от квазитвердых электролитных батарей с сепараторами, которые содержат некоторое количество геля или жидкости. Материалы, которые были предложены для использования в качестве твердых электролитов в ASSB, включают керамику (широкое определение оксидов, сульфидов, фосфатов) и твердые полимеры.

READ  Новый электромобиль Volkswagen появился на рождественской открытке

Какие компании разрабатывают твердотельные батареи? Последние заголовки были сделаны QuantumScape и предприятием Toyota / Panasonic. Solid Power. это дочерняя компания УNiva Колорадо в Боулдере, которая работала с Ford и BMW над проектом ASSB в области химии железа и серы. Sakti3 возник в результате исследований Мичиганского уNiva и был куплен Dyson, но позже отказался от лицензирования патентов. Однако его основатель начал работать над твердотельными батареями для Fisker. Недавно компания Samsung также сделала новости о твердотельном аккумуляторе с серебряно-углеродным анодом.

Использует ли Tesla твердотельные батареи? Еще нет. И мы слышали мало подробностей о технологии аккумуляторов 400 Втч / кг, о которых упоминалось в течение трех-четырех лет во время его объявления о сроке службы батареи еще в сентябре 2020 года. Он намекнул на технологию кремниевых нанопроводов, но это не твердотельное решение.

Является ли QuantumScape публичной? Да, Нью-Йоркская фондовая биржа 30 ноября приветствовала тикер QS в ходе первичного публичного размещения акций (IPO) после слияния с инвестиционной компанией Kensington Capital Acquisition. Выручка от этого слияния оцеNiva в 680 млн.

Источник