Прорывные твердотельные батареи QuantumScape: высокая плотность энергии, быстрая зарядка, длительный срок службы и работа в широком диапазоне температур

QuantumScape, стартап из Сан-Хосе, поддерживаемый Volkswagen и Биллом Гейтсом, объявил, что его твердотельные батареи для электромобилей будут заряжаться быстрее, сохранять больше энергии и служить дольше, чем традиционные литий-ионные батареи для электромобилей.

Большинство компаний, производящих электромобили, используют литий-ионные батареи с жидким электролитом. Но эти батареи заряжаются медленно, плохо работают при минусовых температурах и содержат легковоспламеняющиеся материалы, которые могут быть опасными в случае аварии.

QuantumScape утверждает, что разработала готовую к производству твердотельную батарею с элементами, изготовленными из твердого и «сухого» проводящего материала. И хотя большинство проектов, разрабатывающих твердотельные батареи, остаются в лаборатории, QuantumScape заявляет, что его твердотельные батареи будут готовы к запуску в производство в 2024 году.

Твердотельные батареи QuantumScape представляют собой значительно улучшенную технологию по сравнению с обычными литий-ионными батареями, позволяющую электромобилям проезжать на 80% больше, чем могут себе позволить электромобили с традиционной батареей. Есть и другие преимущества. Твердотельные батареи сохраняют более 80% своей емкости после 800 циклов зарядки. Они негорючие. И они имеют объемную плотность энергии более 1 кВт⋅ч/литр на уровне элементов, что примерно в четыре раза больше, чем у нынешней батареи Tesla Model 3. По весу они предлагает около 380-500 Вт⋅ч/кг по сравнению с примерно 260 Вт⋅ч/кг для текущих пакетов Tesla — хотя известный оптимист Илон Маск считает, что он может получить 400 Вт⋅ч/кг из элементов Tesla в течение 3-4 лет.

Сравнение твердотельной литий-металлической батареи QuantumScape и литий-ионной (слева)

Сравнение твердотельной литий-металлической батареи QuantumScape и литий-ионной (слева) © Скриншот YouTube / QuantumScape

Ключевым достижением батареи QuantumScape является использование керамического «сепаратора» для замены жидкого электролита, используемого в обычных аккумуляторных элементах, который действует как среда, через которую перемещаются положительные и отрицательные ионы. С точки зрения безопасности компания заявляет, что ее сепаратор на керамической основе негорючий и обеспечивает надежную изоляцию анода и катода при температурах, намного превышающих допустимые для современных литий-ионных элементов. При использовании такого сепаратора значительная емкость доступна при температуре −30 °C, что значительно облегчает жизнь тем, кто эксплуатирует электромобили в более холодном климате.

Также результаты испытаний показывают, что аккумуляторные элементы могут заряжаться от 0 до 80% емкости за 15 минут, что обычно занимает 40 минут или больше.

По словам Венката Вишванатана (Venkat Viswanathan), доцента кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллона и технического консультанта QuantumScape, твердотельные литий-металлические батареи считаются «святым Граалем» в аккумуляторной промышленности. Он отметил, что Стэнли Уиттингем, ключевая фигура в разработке литий-ионных аккумуляторов и лауреат Нобелевской премии по химии 2019 года, опубликовал в 1976 году статью об анодах из металлического лития, назвав ее «основой для новой аккумуляторной системы».

«Этой проблеме более 40 лет, — отметил Вишванатан. «Если литий-металлические батареи будут успешными, это будет означать, что при том же весе аккумуляторной батареи вы можете получить около 50% дополнительного запаса хода для электромобиля или дополнительное время автономной работы в контексте бытовой электроники».

Джагдип Сингх (Jagdeep Singh), основатель и генеральный директор QuantumScape отметил, что применение твердотельных батарей очевидно для электроники, такой как смартфоны и ноутбуки, однако спрос на эту технологию намного выше в автомобильной промышленности, которая находится в разгаре перехода от автомобилей с ДВС к электромобильности.

Гонка за улучшения в технологии аккумуляторов — одна из самых дорогих и горячо обсуждаемых в мире. Практически каждый автопроизводитель делает ставку на то, что будущее за электромобилями, и некоторые из крупнейших стран (и крупнейших автомобильных рынков) в мире постепенно откажутся от бензиновых автомобилей и грузовиков. Чтобы обеспечить такой переход, батареи должны быть более мощными, более долговечными и более дешевыми в производстве, чтобы привлечь достаточное количество клиентов для перехода на автомобили с батарейным питанием.

QuantumScape будет конкурировать с некоторыми из крупнейших и наиболее капитализированных компаний в мире, включая китайскую CATL, LG Chem, Samsung, Panasonic и Tesla. Компания по производству электромобилей Tesla недавно объявила, что начнет производство собственных аккумуляторных элементов и даже добычу собственного лития, стремясь снизить стоимость своих электромобилей.

Сингх отметил, что конкуренция будет жесткой. Но нет причин, по которым нынешние конкуренты QuantumScape не станут будущими клиентами.

«Tesla, вероятно, даже больше, чем любая другая компания, захочет сотрудничать», — сказал Сингх. «Если твердотельная батарея будет работать, американская компания захочет ее использовать».

По материалам: theverge.com & quantumscape.com. Подготовил: hevcars.com.ua




Подобрать зарядные станции и устройства для электромобилей

Еще интересное пишут по теме

HEVCARS 🔌