Évekig azt mondta a QuantumScape, hogy a szulfidos szilárd elektrolit alapvető anyagtulajdonságai miatt nem működhet. Most mégis erre épülő cellát mutatott be. Az Osprey névre keresztelt, teljesen szilárdtest cella a cég szerint 1000 teljes töltési ciklus után is a kapacitása 80 százalékát őrizte meg, mégpedig mindössze egy atmoszféra, vagyis normál légköri nyomáson. Ez azért nagy szó, mert a szulfidos szilárdtest akkumulátorok eddig jellemzően csak óriási külső szorítás mellett működtek tartósan. A Volkswagen akkumulátoros leányvállalata, a PowerCo licencpartnerként kapcsolódik a céghez, így a fejlesztésnek európai tétje is van.
Amit évekig lehetetlennek tartottak: szulfid a katódban
A QuantumScape eddig saját, egészen más utat járt. A mostani QSE platform ugyanis nem teljesen szilárdtest akkumulátor. A San Jose-i Eagle Line kísérleti gyártósorról mintaként szállított QSE-5 cellában kerámia szeparátor és nagy nikkeltartalmú NMC katód dolgozik, a katódban azonban folyékony elektrolit (úgynevezett katolit) van. A cella ráadásul anód nélküli felépítésű: a lítium az első töltéskor rakódik le a szeparátor felületére, így a cégnek nem kell külön lítiumfém anódot gyártania. A QSE-5 adatai 844 Wh/l és 301 Wh/kg, cellánként az Electrek becslése szerint nagyjából 5 Ah kapacitással.
Az Osprey megtartja a kerámia szeparátort és az anód nélküli kialakítást, a folyékony katolitot azonban szilárd szulfidos elektrolitra cseréli. Ez a döntés a cég korábbi álláspontja fényében meglepő. A QuantumScape hosszú ideje azzal érvelt, hogy a szulfidok szeparátorként alkalmatlanok, mert reagálnak a lítiumfémmel, nagy nyomást igényelnek, szobahőmérsékleten és az alatt gyengén teljesítenek, és lítiumfém anóddal nem bírják a gyorstöltést a dendritek, vagyis a tűszerű lítiumkiválások megjelenése előtt. A mostani megoldásban a szulfid nem szeparátorként, hanem a katódban dolgozik, a lítiumfémmel érintkező réteg továbbra is a saját kerámiájuk. Ezzel kerülik meg a korábban felsorolt problémák egy részét.
Miért számít ennyit az egy atmoszféra?
A szulfidos cellák nyomásigényét a QuantumScape egy szemléletes példával mutatja be. Egyetlen 10 × 24,2 centiméteres cellán már 20 atmoszféra is nagyjából 5000 kilogrammos erőt jelent, ami körülbelül három középkategóriás autó tömegének felel meg. A laboratóriumi szulfidos cellák jellemzően 30 és több mint 100 atmoszféra (3–12 MPa) között működnek. Az FAW szeptemberben azzal jelentkezett, hogy nagy formátumú szulfidos cellái 5 MPa, azaz nagyjából 50 atmoszféra mellett ciklusoznak, és ezt kifejezetten alacsony nyomásúként kommunikálta.
Ehhez képest az egy atmoszféra gyakorlatilag nulla külső szorítást jelent. Ennek komoly gyakorlati jelentősége van: egy autóipari akkumulátorcsomagban a hatalmas préselő keretek súlyt, helyet és pénzt emésztenek fel. Ha ezekre nincs szükség, az a csomag szintjén elveszi a szilárdtest technológia egyik legnagyobb hátrányát.
Szilárdtest akkumulátor a laborban: mit mutatnak valójában a számok?
A QuantumScape négy adatsort hozott nyilvánosságra, és ezek nem egyformán erősek. A legmeggyőzőbb a tartóssági teszt. Egy kétrétegű, a QSE-5-tel azonos, 50 × 65 milliméteres katódfelületű cella 1000 ciklus után mintegy 80 százalékos kapacitást őrzött meg. Ehhez 1C sebességű töltés és kisütés, 0 és 100 százalék közötti teljes ciklus, 30 °C és 1 atmoszféra nyomás tartozott. A katód terhelése 5,5 mAh/cm², ami megfelel a mai kereskedelmi villanyautó-celláknak. A QuantumScape állítja, hogy más szulfidos cella még nem mutatott ilyet. Fontos ugyanakkor, hogy ez a kétrétegű cella becslések szerint csupán 0,3–0,4 Ah-s, vagyis messze elmarad a QSE-5 méretétől.
A sajtóközlemény többi állítása már több fenntartással kezelendő. Az 5 perces, 10-ről 80 százalékra történő gyorstöltés a fehér könyv szerint 10C-vel, kétrétegű cellán és 80 °C-on valósult meg, szobahőmérsékletű gyorstöltési eredményt nem publikáltak. A „-20 °C-ig működőképes” állítás egy mindössze 21 × 21 milliméteres, egyrétegű cellából származik. Ez C/3-as kisütésnél -20 fokon a szobahőmérsékletű kapacitás 68 százalékát (az energia nagyjából 52 százalékát), 0 fokon pedig 85 százalékát adta le. A „nagyjából 1100 Wh/l-ig” terjedő energiasűrűség pedig előrejelzés. A mai villanyautós cellák nagyjából kétszeresének megfelelő, 10 mAh/cm²-es katódterhelést feltételez, az ezt alátámasztó teszt pedig egy 11 milliméteres gombelemen, 3 atmoszférán és 100 cikluson keresztül futott.
Az 1000 teljes ciklus egy 400–450 kilométeres valós hatótávú villanyautónál elméletben 400–450 ezer kilométernek felelne meg 80 százalékos maradék kapacitás mellett. Ez a számítás azonban csak nagyságrendi szemléltetés, mert a laborcella mérete és a teszt körülményei jelentősen eltérnek egy autóipari akkumulátorcsomagétól.
Szoros verseny: Samsung, BYD, Toyota és CATL
A szulfidos szilárdtest akkumulátor ma az iparág egyik legforróbb versenyterülete. A Samsung SDI 2027 második felére tűzte ki a sorozatgyártás indítását az ulszani gyárában. A BYD 2027-re kis szériás gyártást, az évtized végére tömeggyártást ígér. A Toyota 2027–2028-ra céloz, miután korábban már 2020-ra, 2023-ra és 2026-ra is ígérte az áttörést. A Factorial Solstice nevű szulfidos platformja akár 450 Wh/kg-ot ígér. A CATL júniusban viszont kijelentette, hogy a valódi, tömegpiaci szilárdtest akkumulátor még évekre, nagyjából 2030 körülre van.
Nyílt platform és Volkswagen: mikor kerülhet autóba?
A QuantumScape az Osprey-t „nyílt platformként” kínálja. A partnerek használhatják a cég saját, szabadalmaztatott száraz eljárással készülő szulfidos katódját, de saját katódot is hozhatnak. A cég elmondása szerint autóipari ügyfelek szilárd katódjaival már tesztelte is a rendszert. A meglévő licencpartnerek a Volkswagen PowerCo és a Honda. A QuantumScape a harmadik negyedévben 9,8 millió dollár ügyfélszámlázást jelentett, és bejelentett egy 100 MWh-s gyártósort a QSE-5 számára, amelynek gyártásindítását 2028-ra tervezi.
Az Osprey-hez azonban nincs ütemterv. A fehér könyv maga is úgy fogalmaz, hogy az eljárást „laboratóriumi léptékben” demonstrálták, a nagyobb áteresztőképességű folyamatok „fejlesztési fázisban” vannak, és „jelentős munka van még hátra a gyártástechnológiában”. Az autógyárak nagyobb, hasáb alakú cellákat igényelnek, ami több réteget és rétegenként nagyobb felületet jelent, ezt pedig még senki nem bizonyította.
Kövesd az e-cars.hu-t a Facebookon is, további tartalmakért! ›
