Po desiatich rokoch od svojho založenia prišiel startup QuantumScape podporovaný Billom Gatesom a spoločnosťou Volkswagen s vyhlásením, ktoré by mohlo navždy zmeniť svet elektromobility. Spoločnosť pri príležitosti svojho vlastného „Dňa batérií“ oznámila, že úspešne vybudovala solid-state batériu s pevným elektrolytom, ktorá má v porovnaní so súčasnými akumulátormi vyšší výkon, výdrž a rýchlosť nabíjania, informoval portál The Verge.

Ako píše Wired, v prípade, že chceme, aby elektrické vozidlá dokázali plne nahradiť autá so spaľovacími motormi, je potrebné súčasne využívané batérie nahradiť novým typom. Štandarde je v hybridných, plug-in hybridných, ale aj v plne elektrických vozidlách využívaná technológia Li-ion, čiže sa používajú používajú lítium-iónové články. Medzi hlavné obmedzenia pri týchto batériách patrí dojazd, rýchlosť nabitia a horľavosť. Lítium-iónovým batériám sme sa podrobnejšie venovali v tomto článku.

Znázornenie batérie QuantumScape. ScreenShot/QuantumScape/Youtube

Riešenie problému je však známe už celé desaťročia a nazýva sa solid-state batéria. Jej princíp vychádza zo zdanlivo jednoduchej myšlienky – nahradiť kvapalný elektrolyt tuhým, čo sa však vedcom poriadne nedarí už takmer 40 rokov.

Nový startup na to išiel inak a našiel riešenie

Súčasné batérie sú tvorené anódou a katódou, medzi ktorými sa nachádza tekutý elektrolyt slúžiaci na prenos iónov lítia medzi elektródami. Nová solid-state batéria podľa dostupných informácií pozostáva z anódy vyrobenej z čistého kovového lítia, zatiaľ čo v štandardných batériách sa používa grafit.

Presnejšie je však napísať, že batéria od spoločnosti QuantumScape anódu vôbec nemá, pretože sa vyrába bez nej a vytvára sa až nabíjaním batérie a pohybom kovového lítia cez špeciálny separátor. Katóda je vyrobená z materiálu s názvom NMC (nikel-mangánový kobalt), ktorý sa bežne používa aj pri výrobe súčasných batérií.

Schéma solid-state batérie od QuantumScape. ScreenShot/QuantumScape/Youtube

Najdôležitejším prvkom celej batérie je už spomínaný flexibilný keramický separátor hrubý iba niekoľko desiatok mikrometrov. Ten totiž bráni neželanému vzniku dendritov, čo sú ihlicovité štruktúry vytvárajúce sa v okolí elektród, ktoré v niektorých prípadoch môžu viest ku skratu. Separátor taktiež umožňuje jednoduchý prechod lítiových iónov.

Portál MIT Technology Review však upozorňuje, že elektrolyt na strane katódy je len akýsi gél, takže nejde o „pravú“ solid state batériu s tuhým elektrolytom. CEO Jagdeep Singh však odmieta prezradiť jej zloženie a považuje to za najprísnejšie strážené obchodné tajomstvo spoločnosti.

Batéria dosahuje vynikajúce výsledky v laboratórnych testoch

Princíp batérie spočíva v tom, že počas procesu nabíjania prechádzajú lítiové ióny zo strany katódy cez separátor a vytvárajú medzi ním a elektrickým kontaktom na konci batérie takmer dokonale rovnú vrstvu lítia. Počas vybíjacieho cyklu sa potom toto lítium vracia späť na katódu, čo eliminuje potrebu vytvorenia anódy počas výrobného procesu a zároveň znižuje hmotnosť a výrobné náklady batérie.

Podľa údajov od spoločnosti QuantumScape dosahuje navrhnutá batéria vynikajúce výsledky. Z 0 na 80 % sa dokáže nabiť za menej ako 15 minút, pričom si zachováva aj vysokú životnosť. Na 80 % svojej pôvodnej kapacity klesne až po 800 nabitiach, teda zhruba po 386 000 prejdených kilometroch v prípade, že by ju využíval elektromobil.

Keramický separátor. QuantumScape

Spoločnosť ďalej tvrdí, že batéria je navrhnutá tak, aby predĺžila dojazd elektromobilu a umožnila mu na jedno nabitie prejsť až o 80 % viac, ako dokáže vozidlo s lítium-iónovov batériou. Oficiálneho testovania v priemysle sme sa však zatiaľ ešte nedočkali.

Práve to sa ukazuje ako jeden z najväčších problémov batérie od QuantumScape, ktorého sa okamžite chytili odborníci. Všetky dosiahnuté výsledky totiž pochádzajú z laboratórnych testov vykonaných s jednovrstvovými článkami, pričom skutočná batéria musí mať niekoľko desiatok vrstiev, ktoré navzájom spolupracujú.

Jagdeep Singh si však z kritikov ťažkú hlavu nerobí a odkazuje len, že mu je úplne jedno, čo si myslia. Tiež dodal, že spoločnosť Volkswagen od nich očakáva, že do roku 2025 bude tieto batérie dodávať aj do vozidiel automobilky.