Start-up-ul american QuantumScape dezvoltă o baterie de tip solid-state cu litiu-metal fără anod, o tehnologie care ar putea aduce îmbunătățiri semnificative pentru vehiculele electrice, crescând autonomia, reducând costurile de producție pe termen lung și îmbunătățind siguranța, transmite insideevs.com
Cum funcționează bateria fără anod?
Bateriile litiu-ion convenționale sunt formate din patru componente principale: anod, catod, electrolit și separator. Anodul, realizat în mod obișnuit din grafit sau siliciu, joacă un rol esențial în stocarea și eliberarea ionilor de litiu în timpul ciclurilor de încărcare și descărcare. Totuși, acest component ocupă spațiu, adaugă greutate și limitează performanța bateriei.
QuantumScape propune o soluție în care anodul nu este prezent fizic în baterie, ci se formează direct în timpul primei încărcări, când ionii de litiu se depun pe colectorul de curent.
„Dacă vrei o schimbare majoră în cost, energie per masă și energie per volum, cea mai mare modificare pe care o poți face este eliminarea anodului”, a explicat Tim Holme, cofondator și director tehnologic QuantumScape.
Această metodă are mai multe beneficii. Pe lângă creșterea densității energetice, elimină utilizarea unor materiale poluante și costisitoare, simplifică procesul de fabricație și reduce emisiile de carbon generate de producerea anodului din grafit.
Performanță și provocări tehnologice
QuantumScape susține că bateria sa poate îmbunătăți autonomia unui vehicul electric cu 20-40% comparativ cu bateriile litiu-ion actuale. Astfel, un vehicul cu o autonomie de 560 km ar putea ajunge la 800 km fără modificări majore ale dimensiunii bateriei.
Celula QSE-5 dezvoltată de companie are o densitate energetică de 305 Wh/kg. Prin comparație, celulele Tesla 4680 NMC, utilizate pe Cybertruck și Model Y, au o densitate estimată între 272 și 296 Wh/kg, în timp ce bateria solid-state Solstice, produsă de Factorial, atinge 450 Wh/kg.
În ciuda beneficiilor promițătoare, bateriile cu litiu-metal se confruntă cu provocări tehnice, în special formarea dendriților—structuri metalice care pot crește în interiorul bateriei, provocând scurtcircuite și degradare rapidă. QuantumScape susține că a rezolvat această problemă prin utilizarea unui separator ceramic solid, capabil să prevină creșterea dendriților și să îmbunătățească durata de viață a bateriei.
„Solid-state plus litiu-metal fac cea mai bună baterie. Nu există compromisuri tehnice. Dar este o provocare inginerească”, a afirmat Holme.
Siguranță îmbunătățită și cicluri de viață mai lungi
Un alt avantaj al bateriilor dezvoltate de QuantumScape este siguranța sporită. Electroliții lichizi utilizați în bateriile tradiționale pot fi inflamabili, ceea ce crește riscul de incendiu în cazul unui accident. Separatorul ceramic solid al bateriilor QuantumScape este stabil termic și nu este inflamabil, reducând astfel riscul de explozii sau incendii spontane.
În plus, compania susține că tehnologia sa minimizează „scăderea capacității”, fenomenul prin care bateriile își pierd treptat capacitatea de stocare a energiei după numeroase cicluri de încărcare și descărcare.
Parteneriat cu Volkswagen pentru producție la scară largă
QuantumScape a început livrarea mostrelor „B” către producători auto, inclusiv către PowerCo SE, subsidiara Volkswagen Group, care testează aceste baterii pentru viitoarele sale vehicule electrice.
„Le-am licențiat tehnologia și lucrăm împreună pentru implementare”, a declarat Holme. Volkswagen intenționează să producă până la 40 GWh de baterii QuantumScape, cu posibilitatea de extindere la 80 GWh, ceea ce ar fi suficient pentru alimentarea a aproximativ un milion de vehicule electrice anual.
Costuri și viitorul bateriilor solid-state
Deși tehnologia solid-state are potențialul de a revoluționa industria bateriilor, implementarea sa la scară largă necesită investiții considerabile. QuantumScape recunoaște că, inițial, bateriile sale vor fi mai scumpe decât cele litiu-ion tradiționale.
Holme compară situația cu evoluția SpaceX în industria aerospațială: „Dacă ne uităm la primul rachetă SpaceX comparativ cu ce făcea NASA la acea vreme, nu era competitivă din punct de vedere al costurilor. Dar, pe măsură ce au perfecționat tehnologia și au crescut producția, costurile au scăzut semnificativ.”
Compania consideră că, odată cu creșterea volumelor de producție și optimizarea proceselor, bateriile solid-state fără anod vor deveni mai accesibile și ar putea chiar depăși performanțele și costurile bateriilor litiu-ion convenționale.
