QuantumScape представила платформу Osprey для полностью твердотельных аккумуляторов

Американская компания QuantumScape, которую с момента основания поддерживают фонд Билла Гейтса и концерн Volkswagen, представила платформу Osprey для разработки полностью твердотельных аккумуляторов (ASSB). Это шаг вперёд от нынешних ячеек компании, в которых используется жидкий электролит, к конструкции, где твёрдым является весь элемент целиком.

Как устроена платформа Osprey

Ключевая идея Osprey — сочетание трёх элементов:

сульфидного твёрдого материала катода, который обеспечивает высокую ионную проводимость;
запатентованного керамического сепаратора QuantumScape, отвечающего за стабильный контакт с литием;
безанодной архитектуры, где анод из металлического лития формируется сам в ходе первого заряда.

Конструкция развивает предыдущую платформу QSE, но вместо катода с жидким электролитом использует полностью твёрдый катод. При этом QuantumScape, долгие годы критиковавшая сульфиды как материал сепаратора, не меняет позицию: сульфид остаётся в катоде, а за контакт с литием отвечает керамический сепаратор.

Результаты испытаний

По опубликованным данным, тестовые элементы Osprey продемонстрировали:

1000 полных циклов заряда и разряда с сохранением около 80 % первоначальной ёмкости при давлении всего в одну атмосферу, комнатной температуре и токах 1C;
быструю зарядку с 10 до 80 % примерно за пять минут;
работоспособность при температуре до −20 °C;
проектную объёмную плотность энергии до 1100 Вт·ч/л при использовании катодов с высокой поверхностной нагрузкой.

Важные оговорки

Издание Electrek, изучившее технический документ компании, обращает внимание на условия этих цифр. Во-первых, тестовые ячейки невелики: двухслойный элемент оценивается примерно в 0,3–0,4 А·ч против около 5 А·ч у серийной QSE-5. Во-вторых, заявленная пятиминутная зарядка достигалась при температуре 80 °C — это заметно выше, чем обычно прогревают аккумуляторы перед быстрой зарядкой в электромобилях. В-третьих, показатель 1100 Вт·ч/л — это проекция, а результат для −20 °C получен на крошечной однослойной ячейке при щадящем токе. Тем не менее 1000 циклов при давлении в одну атмосферу с сульфидным катодом и литиевым анодом — результат, который конкуренты пока не публиковали.

Открытая платформа вместо закрытой технологии

QuantumScape позиционирует Osprey как открытую платформу: партнёры смогут использовать собственные сульфидные катодные материалы, сочетая их с керамическим сепаратором и безанодной архитектурой компании. Совместимость уже проверялась как с катодами собственной разработки, так и с материалами автомобильных партнёров. Предусматриваются лицензирование технологии и совместная разработка аккумуляторов.

Это вписывается в лицензионную модель, которую QuantumScape уже использует с PowerCo (Volkswagen) и Honda. В третьем квартале компания отчиталась о 9,8 млн долларов выручки от клиентов и анонсировала линию на 100 МВт·ч с запуском производства QSE-5 к 2028 году. Сроков по платформе Osprey пока нет: процесс продемонстрирован в лабораторном масштабе, а высокопроизводительные процессы, как отмечается в документе, ещё в стадии разработки.

Частые вопросы

Чем Osprey отличается от нынешних батарей QuantumScape?

В текущих ячейках QSE катод использует жидкий электролит (католит), а твёрдым является только сепаратор. В Osprey катод становится полностью твёрдым на основе сульфидного электролита — весь элемент оказывается твердотельным.

Насколько реален результат в 1000 циклов?

Результат подтверждён в лабораторных условиях при давлении в одну атмосферу и комнатной температуре, однако на небольших двухслойных ячейках. До серийных масштабов ещё далеко.

Почему давление в одну атмосферу так важно?

Сульфидные твердотельные батареи обычно требуют сильного внешнего сжатия (нередко 20 атмосфер и выше) для стабильного контакта слоёв. Это добавляет вес и стоимость батарейному блоку. Работа при 1 атмосфере упрощает конструкцию.