Американская компания QuantumScape, возродившая свою деятельность после почти десятилетнего перерыва, представила результаты лабораторных испытаний своих батарей. Согласно полученным данным, это могут быть первые твердотельные литий-металлические аккумуляторы, готовые к коммерческому применению.
Издание The Verge пишет, о чем компания заявила на виртуальном мероприятии «День батарей» ( Battery day). По заявлениям представителей QuantumScape, ячейки их аккумуляторов характеризуются энергетической плотностью, достигающей одного киловатт-часа на литр объема. Этот показатель почти вдвое превышает энергетическую плотность даже самых современных литий-ионных батарей. Однако, общая емкость аккумулятора не увеличится вдвое, так как указанное значение представляет собой лишь теоретический предел для отдельной ячейки.
При одинаковой массе твердотельные литий-металлические аккумуляторы позволят увеличить запас хода как минимум на 80%, а в будущем — и на большее значение. Очевидно, число 8 стало центральным элементом презентации: после 800 циклов зарядки и разрядки батареи QuantumScape сохранили 80% емкости. Наконец, они не склонны к самопроизвольной деформации, возгоранию при повреждениях и выгоднее в производстве.
Подобные восторженные утверждения не остались без внимания у специалистов и вызвали вполне закономерные сомнения. Портал MIT Technologyreview опросил нескольких специалистов, и они высказали свои опасения по поводу реалистичности планов QuantumScape. Компания заявляет о намерении начать серийное производство своих инновационных аккумуляторов к 2025 году, однако Пол Альбертус ( Paul Albertus), доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии Университета штата Мэрилэнд, выражает сомнения в отношении этой возможности.
С сарказмом он указывает на то, что подобные «революции» происходят постоянно: время от времени какая-либо фирма объявляет об инновации, но технологии так и не внедряются в производство. В качестве примера он приводит, QuantumScape обнародовали результаты тестирования однослойных ячеек, но в реальных аккумуляторах они должны быть многослойными. На этапе перехода к производственному процессу могут возникнуть непредвиденные технологические сложности. В итоге это приведет к задержкам при выходе на рынок, снижению объявленных ранее характеристик или вовсе закрытию проекта. Тем не менее ранее возглавлявший исследовательский проект по твердотельным аккумуляторам Альбертус признает достижения QuantumScape. По его словам, компания преодолела огромный путь, в то время как другие участники только начали свой забег на пять километров.
Основатель и глава QuantumScape Джагдип Сингх (Jagdeep Singh) на критику реагирует сдержанно. Он заявляет, что его компания стремится к открытости, однако не может раскрывать всю информацию, чтобы не предоставить конкурентам возможности для получения преимущества. По словам Сингха, технологию батарей нового поколения уже тестируют в лабораториях инвесторов, в числе которых, кстати, присутствует и крупный концерн Volkswagen, что вложил в кампанию более 300 миллионов долларов. Это означает, что QuantumScape что-то и «подкручивает» в результатах, то ее должны поддерживать рискующие внушительными суммами партнеры.
Секрет фирмы
Согласно имеющимся публичным данным и информации, предоставленной производителем, ключевым элементом этих аккумуляторов является уникальный сепаратор. Использование ультратонкой керамической пленки позволяет разделить гелеобразный электролит катода и металлический литий. Да, несмотря на название, батареи QuantumScape, на деле, они не являются полностью твердотельными. Сепаратор должен обеспечивать прохождение ионов лития к катоду, предотвращая при этом формирование металлических выделений на поверхности анода. Если технология оказалась эффективной, то стартапу из Сан-Хосе удалось преодолеть ключевую проблему литиевых батарей с твердым анодом.
По мнению Сингха, состав сепаратора представляет собой ключевую коммерческую тайну компании. На поиск подходящего соединения было затрачено пять лет, а еще столько же времени потребовалось для оптимизации производства. Вероятно, используется так называемый оксид LLZO (Li7La3Zr2O12), но никаких подтверждений этому пока нет.
Еще одна особенность батарей QuantumScape скрывается в конструкции анода. В отличие от других типов аккумуляторов, его в них нет. На отрицательном контакте при заряде батареи формируется слой металлического лития. При разряде его атомы теряют электрон, и ионы просачиваются через сепаратор в специальный материал катода. Затем цикл повторяется. Такой подход позволяет более полно использовать дефицитный литий, а также существенно уменьшить объем ячейки.
Стоит напомнить, что 2020 год стал периодом нескольких значимых событий, связанных с разработкой батарей для электромобилей. Среди них стоит отметить деятельность компании Tesla провела презентацию своих новых ячеек 4680, отличающихся конструкцией от ранее использовавшихся. Суммарно все примененные при разработке новшества позволили увеличить пробег машины на 16%, а отдаваемую мощность — в шесть раз.
Более того, Джефф Дан, пионер в области литиевых батарей ( Jeff Dahn), который разрабатывает аккумуляторные ячейки для Tesla, поделился результатами их испытаний на выносливость. Как рассказывается на сайте Electrek, согласно информации, предоставленной компанией Dana, при обычном режиме эксплуатации электромобилей (исключая глубокий разряд ниже 20% и заряд выше 80%) аккумуляторы демонстрируют исключительную долговечность. Их ресурс позволяет преодолеть расстояние, эквивалентное 3,5 миллионам километров. Это означает, что автомобиль может выйти из строя, в то время как аккумуляторная батарея останется пригодной для повторного использования, например, в новом транспортном средстве.