Η QuantumScape παρουσίασε την πλατφόρμα Osprey, ένα κελί πλήρως στερεάς κατάστασης στο οποίο το υγρό της καθόδου αντικαθίσταται από στερεό ηλεκτρολύτη θειούχων. Σύμφωνα με την εταιρεία, κελιά της έχουν φτάσει 1.000 πλήρεις κύκλους φόρτισης με διατήρηση 80% της χωρητικότητας, υπό πίεση μόλις μίας ατμόσφαιρας (1 atm). Όπως μεταδίδει το Electrek, τα στοιχεία προέρχονται από μικρά, πρώιμα εργαστηριακά κελιά.
Τα σημερινά κελιά δεν είναι πλήρως στερεάς κατάστασης
Η λευκή βίβλος της εταιρείας περιγράφει με σαφήνεια κάτι που σπάνια είχε ειπωθεί τόσο ευθέως: η τρέχουσα πλατφόρμα QSE, στην οποία ανήκει το κελί QSE-5 που αποστέλλεται ως δείγμα από την πιλοτική γραμμή Eagle Line στο Σαν Χοσέ, χρησιμοποιεί κεραμικό διαχωριστή, κάθοδο NMC με υψηλή περιεκτικότητα νικελίου και υγρό καθολύτη. Στερεό είναι μόνο το διαχωριστικό στρώμα, ενώ το κελί είναι «χωρίς άνοδο»: το λίθιο επικάθεται πάνω στον διαχωριστή κατά την πρώτη φόρτιση.
Το Osprey διατηρεί τον διαχωριστή και τη σχεδίαση χωρίς άνοδο, αλλά αντικαθιστά το υγρό της καθόδου με στερεό θειούχο ηλεκτρολύτη, κάνοντας ολόκληρο το κελί στερεό.
Γιατί η πίεση έχει σημασία
Η QuantumScape εξακολουθεί να υποστηρίζει ότι οι θειούχοι ηλεκτρολύτες δεν μπορούν να λειτουργήσουν ως διαχωριστές. Αναφέρει τέσσερα προβλήματα: αντιδρούν με το μεταλλικό λίθιο, απαιτούν υψηλή πίεση για να διατηρούν επαφή με τα ηλεκτρόδια, δυσκολεύονται σε θερμοκρασία δωματίου και χαμηλότερες, και δεν αντέχουν γρήγορη φόρτιση με μεταλλική άνοδο λιθίου πριν σχηματιστούν δενδρίτες.
Η πίεση είναι το σημείο που απασχολεί περισσότερο τους κατασκευαστές. Η εταιρεία δίνει ως παράδειγμα ότι 20 atm σε ένα κελί 10 x 24,2 εκ. αντιστοιχούν σε περίπου 5.000 κιλά δύναμης, όσο τρία μεσαία αυτοκίνητα. Για να συγκρατηθεί αυτό σε ένα πακέτο μπαταριών χρειάζονται χοντρές χαλύβδινες πλάκες και ράβδοι, που προσθέτουν βάρος, όγκο και κόστος. Πολλά εργαστηριακά κελιά θειούχων λειτουργούν στα 30 έως 100 atm και πάνω.
Τι δείχνουν τα δεδομένα
- Διάρκεια ζωής: κελί 2 στρώσεων με κάθοδο 50 x 65 mm, ίδιας επιφάνειας με το QSE-5, έκανε 1.000 κύκλους έως περίπου 80% χωρητικότητας, με φόρτιση και εκφόρτιση 1C, 0-100%, στους 30°C και 1 atm. Το φορτίο της καθόδου ήταν 5,5 mAh/cm², σε επίπεδα εμπορικών κελιών. Το κελί είναι μικρό: περίπου 0,3 έως 0,4 Ah, έναντι περίπου 5 Ah του QSE-5, σύμφωνα με υπολογισμό του Electrek.
- Γρήγορη φόρτιση: η «φόρτιση 10% έως 80% σε πέντε λεπτά» επιτεύχθηκε με 10C, σε κελί 2 στρώσεων, στους 80°C. Δεν δημοσιεύθηκε αποτέλεσμα σε θερμοκρασία δωματίου.
- Χαμηλές θερμοκρασίες: σε κελί μίας στρώσης με κάθοδο 21 x 21 mm και αργή εκφόρτιση C/3, διατηρήθηκε το 68% της χωρητικότητας στους -20°C και το 85% στους 0°C.
- Πυκνότητα ενέργειας: το «έως περίπου 1.100 Wh/L» είναι προβολή. Η δοκιμή που το στηρίζει έγινε σε κελί τύπου κέρματος 11 mm στα 3 atm, για 100 κύκλους. Το QSE-5 έχει 844 Wh/L και 301 Wh/kg.
Το Electrek σημειώνει ότι δεν βρήκε δημοσιευμένα στοιχεία που να αντικρούουν τον ισχυρισμό της εταιρείας ότι κανένα άλλο κελί με θειούχα βάση δεν έχει φτάσει αυτές τις επιδόσεις. Επισημαίνει επίσης ότι το 80% μετά από 1.000 κύκλους είναι χαμηλότερο από το 95% που είχε επιβεβαιώσει η PowerCo στα πρώτα κελιά QSE το 2024, αν και πρόκειται για διαφορετική χημεία και στάδιο.
Ανοιχτή πλατφόρμα και επιχειρηματικό μοντέλο
Η QuantumScape παρουσιάζει το Osprey ως «ανοιχτή πλατφόρμα». Οι πελάτες μπορούν να χρησιμοποιήσουν τη δική της θειούχο κάθοδο, που παράγεται με ιδιόκτητη ξηρή διαδικασία, ή να φέρουν τη δική τους. Η εταιρεία λέει ότι έχει ήδη δοκιμάσει το Osprey με στερεές καθόδους που ανέπτυξαν αυτοκινητοβιομηχανίες-πελάτες της. Στην πράξη, θέλει να πουλήσει τον διαχωριστή και τη σχεδίαση χωρίς άνοδο σε όσους έχουν επενδύσει δισεκατομμύρια σε θειούχες καθόδους.
Το μοντέλο ταιριάζει με τις συμφωνίες αδειοδότησης που ισχύουν ήδη με την PowerCo της Volkswagen και τη Honda. Η QuantumScape ανέφερε χρεώσεις πελατών 9,8 εκατ. δολαρίων στο τρίτο τρίμηνο και ανακοίνωσε γραμμή παραγωγής 100 MWh, με στόχο έναρξη παραγωγής του QSE-5 το 2028.
Το πλαίσιο του ανταγωνισμού
Η Samsung SDI στοχεύει μαζική παραγωγή θειούχων κελιών στερεάς κατάστασης στο εργοστάσιο Ulsan το δεύτερο μισό του 2027. Η BYD σχεδιάζει παραγωγή μικρής κλίμακας το 2027 και μαζική προς το τέλος της δεκαετίας, ενώ η Toyota στοχεύει 2027-2028, μετά από διαδοχικές μετατοπίσεις. Η Factorial στοχεύει έως 450 Wh/kg με την πλατφόρμα Solstice. Η CATL, όπως έχει δηλώσει, θεωρεί ότι η μαζική αγορά στερεάς κατάστασης απέχει «χρόνια», γύρω στο 2030, ενώ έχει ξεκινήσει δοκιμαστική παραγωγή κελιών στερεάς κατάστασης 20 Ah.
Για το Osprey δεν υπάρχει χρονοδιάγραμμα. Η λευκή βίβλος αναφέρει ότι η διαδικασία έχει επιδειχθεί «σε εργαστηριακή κλίμακα», ότι οι διαδικασίες υψηλότερης απόδοσης βρίσκονται «σε στάδιο ανάπτυξης» και ότι απομένει «σημαντική δουλειά στη μηχανική διαδικασιών». Οι αυτοκινητοβιομηχανίες ζητούν επίσης μεγαλύτερα πρισματικά κελιά από το QSE-5, άρα περισσότερα στρώματα και μεγαλύτερη επιφάνεια ανά στρώμα. Το επόμενο ορόσημο για την εταιρεία παραμένει η έναρξη παραγωγής του QSE-5 το 2028.
Σχόλια