Descoperire cheie în producția de baterii în stare solidă

Miercuri, 25 iunie, QuantumScape a anunțat că a dezvoltat un nou proces de fabricație care accelerează producția materialului său ceramic cu electrolit solid de până la 10 ori .

Această descoperire este extrem de importantă din mai multe motive:

• Viabilitate comercială: Unul dintre cele mai mari obstacole în calea adoptării pe scară largă a bateriilor în stare solidă a fost dificultatea și lentoarea producției lor. Un proces de 10 ori mai rapid aduce această tehnologie cu un pas uriaș mai aproape de producția de masă.
• Performanță sporită: Bateriile în stare solidă promit să revoluționeze vehiculele electrice, oferind o densitate energetică mai mare (o autonomie mai mare în spațiu mai mic), timpi de încărcare ultra-rapizi și, mai presus de toate, un nivel de siguranță mult mai ridicat decât bateriile litiu-ion actuale, deoarece elimină electrolitul lichid inflamabil.
• Reducerea costurilor: Accelerarea producției este esențială pentru reducerea costurilor și pentru a putea concura cu tehnologiile actuale de baterii.

Această dezvoltare QuantumScape, la care participă giganți precum Volkswagen Group, este una dintre cele mai promițătoare noutăți din acest an pentru următoarea generație de mașini electrice.

Ce este o baterie în stare solidă?

Pentru a înțelege amploarea acestei știri, trebuie mai întâi să înțelegem cum diferă o baterie în stare solidă de bateriile litiu-ion folosite în mașinile electrice de astăzi.

O baterie litiu-ion convențională are trei componente principale: un anod (terminal negativ), un catod (terminal pozitiv) și un electrolit lichid care le separă. Acest electrolit permite curgerea ionilor între cele două terminale pentru a genera electricitate. Problema este că acest lichid este inflamabil, sensibil la temperaturi ridicate și este unul dintre principalii factori care limitează viteza de încărcare și densitatea energiei.

O baterie în stare solidă , așa cum sugerează și numele, înlocuiește electrolitul lichid cu un material solid . În cazul QuantumScape, materialul respectiv este o folie ceramică flexibilă . Această schimbare aparent simplă transformă totul.

Problema: Blocajul producției

Până acum, „Sfântul Graal” și, în același timp, cea mai mare provocare pentru bateriile în stare solidă a fost fabricarea acestui separator ceramic solid. Procesul era extrem de lent și complex, similar cu arderea pieselor ceramice într-un cuptor, un proces care putea dura zile întregi.

Imaginați-vă că încercați să produceți milioane de mașini electrice dacă cea mai importantă componentă a bateriei lor are nevoie de zile întregi pentru a se „coace”. Acesta a fost un blocaj care a făcut producția de masă neviabilă și a menținut costurile la un nivel extrem de ridicat.

Soluția QuantumScape: Un „cuptor cu microunde” pentru baterii

Descoperirea anunțată săptămâna aceasta de QuantumScape abordează direct această problemă. Aceștia au dezvoltat și brevetat un nou sistem de încălzire de mare viteză pentru cuptor . Deși detaliile tehnice sunt secrete comerciale, cea mai simplă analogie ar fi compararea vechiului proces cu un cuptor tradițional pe lemne, iar cel nou cu un cuptor cu microunde industrial puternic.

Această nouă metodă accelerează procesul de ardere a peliculei ceramice de 10 ori . Ceea ce dura anterior zile poate fi realizat acum într-o fracțiune din acest timp, eliminând principalul obstacol în calea creșterii producției. Acest lucru permite fabricarea continuă a peliculelor separatoare și la viteze compatibile cu nevoile industriei auto.

Ce avantaje specifice aduce această tehnologie?

1. Autonomie mai lungă (densitate energetică mai mare): Prin eliminarea componentelor „inerte” din electrolitul lichid, se poate stoca mult mai multă energie în același spațiu. Acest lucru se traduce prin mașini cu autonomii care pot depăși 800 sau chiar 1.000 de kilometri cu o singură încărcare, eliminând „anxietatea de autonomie”.
2. Încărcare ultra-rapidă: Separatorul solid este mult mai stabil și permite un flux de ioni mai rapid și mai sigur. QuantumScape a demonstrat în prototipurile sale că celulele sale se pot încărca de la 10% la 80% în mai puțin de 15 minute . Acesta ar fi un timp de așteptare foarte similar cu realimentarea cu benzină.
3. Siguranță radical îmbunătățită: Acesta este unul dintre cele mai importante puncte. Prin faptul că nu există un electrolit lichid inflamabil, riscul de incendiu al bateriei, chiar și în caz de accident sau pană, este redus drastic. Acest lucru simplifică sistemele complexe și greoaie de răcire și protecție care înconjoară bateriile actuale.
4. Durată de viață mai lungă: Bateriile în stare solidă se degradează mult mai lent. Testele QuantumScape au arătat că celulele sale își păstrează peste 95% din capacitatea inițială după peste 1.000 de cicluri de încărcare , ceea ce ar putea echivala cu peste 800.000 de kilometri de utilizare. Mașina ar deveni învechită înaintea bateriei.

Ce lipsește să-i vezi pe stradă?

Deși acest progres în producție este un pas uriaș, există încă provocări de depășit:

• Scalare industrială: Una e să accelerezi procesul într-un laborator sau într-o instalație pilot și cu totul altceva e să îl implementezi la scară masivă într-o gigafabrică. Acesta va fi următorul pas important.
• Cost final: În ciuda îmbunătățirii, costul de producție este încă mai mare decât cel al bateriilor litiu-ion. Scopul este ca producția de masă să reducă aceste costuri până când acestea devin competitive.
• Integrarea vehiculelor: Producătorii, la fel ca principalul lor partener Volkswagen, trebuie să își adapteze designul platformelor pentru a integra aceste noi pachete de baterii și a profita din plin de avantajele acestora.

Pe scurt, QuantumScape nu a „inventat” bateria în stare solidă, dar pare să fi găsit cheia pentru a o face fabricabilă în masă . Dacă își respectă termenele limită, am putea începe să vedem primele vehicule de ultimă generație echipate cu această tehnologie până la sfârșitul acestui deceniu , marcând începutul adevăratei a doua generații a mașinii electrice.