Такие надежды возлагаются на литиевую батарею новой конструкции, которая способна довести до конца текущую гонку за электромобилями нового поколения.

Твердотельные автомобильные аккумуляторы могут изменить индустрию электромобилей (+ 2 видео)

QuantumScape, при поддержке Volkswagen и Билла Гейтса, объявил на виртуальной пресс-конференции Battery Day, что 10-летние усилия по производству полупроводниковой литиевой батареи сделали большой скачок вперед в своих последних испытаниях концепта.

Литий-металлическая батарея от QuantumScape

В современных литий-ионных батареях используется жидкость, служащая электролитом, которая позволяет ионам лития перемещаться между положительным катодом и отрицательным анодом, генерируя при этом энергию. Они являются ключевыми компонентами ноутбуков и смартфонов, а также транспортных средств.

Твердотельные автомобильные аккумуляторы могут изменить индустрию электромобилей (+ 2 видео)

Но у автомобильных литий-ионных батарей есть недостатки: Время зарядки может быть значительным, они содержат легковоспламеняющееся содержимое, которое может воспламениться при аварии, и могут замерзнуть при очень низкой температуре. В течение многих лет исследователи проводили испытания лучших материалов, таких как полимеры и керамика, которые устраняют эти проблемы.

Ответ QuantumScape — литий-металлическая батарея. Сухой керамический сепаратор заменяет жидкий электролит и позволяет более эффективно передавать энергию по мере прохождения ионов. Аккумулятор не на 100 % твердый — в новой аккумуляторной батарее присутствует гелевый компонент, но, похоже, он устранил недостатки жидкого электролита. Она работает в холодную погоду, не замерзая, и подавляет рост дендритов электролита, которые снижают эффективность литий-ионной батареи.

Результаты тестов были впечатляющими. Автомобили с литий-металлическим приводом могут ехать на 80 % дальше, чем автомобили, оснащенные литий-ионными батареями. Кроме того, они более долговечны: они сохраняют более 80% емкости после 800 циклов зарядки, что намного больше, чем существующие батареи. В одном из корпоративных блогов говорится, что это может привести к тому, что автомобили проедут «сотни тысяч миль», прежде чем понадобится их замена.

Причем зарядка происходит быстро, до 80 % емкости батареи занимает всего 15 минут (является ли повторение числа «8» в этих спецификациях подсознательным знаком для потенциально прибыльного китайского рынка, где число «8» считается счастливым числом?)

«Мы думаем, что мы первые решили проблему полупроводниковых батарей», — заявил недавно основатель и генеральный директор QuantumScape Ягдип Сингх. «Мы не видим на горизонте ничего, что было бы близко к тому, что мы делаем».

Но QuantumScape не одинок в поисках лучшей батареи. Китайские производители аккумуляторов гигантские CATL, LG Chem, Samsung, Panasonic и Tesla присоединились к гонке. Toyota должна была представить твердотельную батарею на Олимпийских играх в Токио в этом году, пока пандемия не разрушила эти планы.

Стартап под названием Solid Power начал производство аналогичного типа батарей с электролитом на основе сульфида, который обладает высокой проводимостью. Ford, BMW и Hyundai объединили свои усилия.

QuantumScape не раскрыл, из чего состоит ее электролит, но MIG Technology Review сообщает, что, по мнению некоторых экспертов, это оксид, известный как LLZO, рассматриваемый как многообещающий кандидат на получение электролита для батарей с твердым натрием.

QuantumScape по-прежнему сталкивается с проблемами. Испытания новой батареи проводились на однослойных элементах. Окончательная версия батареи потребует до 100 слоев, а с увеличением толщины — и потенциальных дорожных заграждений и проблем.

Но концепция была встречена с энтузиазмом.

«Самое сложное в изготовлении работающей полупроводниковой батареи — это необходимость одновременно удовлетворять требования высокой плотности энергии, быстрой зарядки, длительного срока службы и широкого температурного диапазона эксплуатации», — сказал лауреат Нобелевской премии 2019 года Стэн Уиттингем, изобретатель ионно-литиевой батареи. «Эти данные показывают, что элементы QuantumScape соответствуют всем этим требованиям, о чем раньше никогда не сообщалось. Если QuantumScape сможет внедрить эту технологию в массовое производство, то она обладает потенциалом для преобразования отрасли».