211service.com
Ši itin daug energijos sunaudojanti baterija galėtų beveik padvigubinti elektromobilių diapazoną
QuantumScape vieno sluoksnio, kietojo kūno ličio metalo akumuliatoriaus elementas. Suteikimas: QuantumScape
Mokslininkai jau seniai matė ličio metalo baterijas kaip idealią energijos kaupimo technologiją, naudojant lengviausią metalą periodinėje lentelėje, kad ląstelės būtų prikimštos energijos.
Tačiau mokslininkai ir įmonės dešimtmečius bandė sukurti įperkamas įkraunamas versijas, kurios neturėjo bjauraus įpročio užsidegti, ir jiems nepavyko.
Tada anksčiau šiais metais Jagdeep Singh, „QuantumScape“ generalinis direktorius, teigė interviu „The Mobilist“. kad daug finansuojama slapta Silicio slėnio įmonė įveikė pagrindinius techninius iššūkius. Jis pridūrė, kad VW tikisi savo automobiliuose ir sunkvežimiuose baterijas turėti iki 2025 m., žadėdamas sumažinti išlaidas ir padidinti savo elektromobilių asortimentą.
Lapkričio mėn. paskelbus viešai, „QuantumScape“ dabar vertinama maždaug 20 mlrd. USD, nepaisant to, kad dar neturi produkto ar pajamų (ir nesitiki, kad tai bus iki 2024 m ). VW į kompaniją investavo daugiau nei 300 mln. USD ir sukūrė bendrą įmonę su „QuantumScape“, kuri gamins baterijas. Bendrovė taip pat pritraukė šimtus milijonų iš kitų pagrindinių investuotojų.
Vis dėlto iki šiol Singhas atskleidė keletą detalių apie bateriją, todėl mokslininkai, konkurentai ir žurnalistai ieškojo patentų paraiškų, investuotojų dokumentų ir kitų šaltinių, kad sužinotų, ką tiksliai bendrovė pasiekė ir kaip.
Antradienį, gruodžio 8 d., paskelbtame pranešime spaudai QuantumScape pagaliau pateikė techninius laboratorinių tyrimų rezultatus. Jo technologija yra iš dalies kietojo kūno akumuliatorius, o tai reiškia, kad jis naudoja kietą elektrolitą, o ne skystį, kurį dauguma baterijų naudoja, kad paskatintų įkrautų atomų judėjimą per įrenginį.
Daugybė tyrėjų ir įmonių tiria kietojo kūno technologijas įvairioms baterijų cheminėms medžiagoms, nes šis metodas gali pagerinti saugą ir energijos tankį, nors sukurti praktinę versiją pasirodė sudėtinga.
Bendrovė, įsikūrusi San Chosė, Kalifornijoje, vis dar slepia tam tikrą informaciją apie savo bateriją, įskaitant kai kurias pagrindines medžiagas ir procesus, kuriuos ji naudoja, kad veiktų. Ir kai kurie ekspertai išlieka skeptiški kad „QuantumScape“ iš tikrųjų išsprendė sudėtingus techninius iššūkius, dėl kurių per ateinančius penkerius metus komercinėse transporto priemonėse bus galima naudoti ličio metalo akumuliatorių.
Testo rezultatai
Interviu su MIT Technology Review Singhas sako, kad bendrovė parodė, kad jos baterijos veiksmingai patenkins penkis pagrindinius vartotojų poreikius, dėl kurių iki šiol elektromobiliai negalėjo viršyti. 2% naujų JAV automobilių pardavimų : mažesnės išlaidos, didesnis atstumas, trumpesnis įkrovimo laikas, ilgesnis bendras tarnavimo laikas kelyje ir geresnis saugumas.
Bet kuri baterija, kuri gali atitikti šiuos reikalavimus, tikrai gali atverti 98% rinkos taip, kaip to negalite padaryti šiandien, sako jis.
Jagdeep Singh, „QuantumScape“ generalinis direktorius
Iš tiesų, QuantumScape veiklos rezultatai yra pastebimi.
Baterijos gali įkrauti iki 80% talpos greičiau nei per 15 minučių. (MotorTrend rasta kad praėjusių metų bandymo metu Tesla V3 Supercharger Model 3 pakėlė nuo 5% iki 90% per 37 minutes.) Ir jie išlaiko daugiau nei 80% savo talpos per 800 įkrovimo ciklų, o tai yra apytikslis 240 000 mylių nuvažiavimo ekvivalentas. Tiesą sakant, akumuliatorius mažai degraduoja net ir tada, kai vyksta agresyvūs įkrovimo ir iškrovimo ciklai.
Galiausiai, bendrovė teigia, kad akumuliatorius sukurtas taip, kad būtų pasiektas važiavimo nuotolis, kuris gali viršyti elektromobilių su standartiniais ličio jonų akumuliatoriais diapazoną daugiau nei 80%, nors tai dar nebuvo tiesiogiai išbandyta.
„QuantumScape“ duomenys yra gana įspūdingi, sako Paulas Albertusas, Merilendo universiteto chemijos ir biomolekulinės inžinerijos docentas, anksčiau buvęs ARPA-E kietojo kūno IONICS programos direktorius, neturintis jokių ryšių ar finansinių ryšių su kompanija.
Jis priduria: „Jie nubėgo maratoną, o visi kiti įveikė 5 tūkst.“.
Kaip tai veikia
Taigi, kaip jiems visa tai pavyko?
Standartiniame elektromobilio ličio jonų akumuliatoriuje šiandien vienas iš dviejų elektrodų (anodas) daugiausia pagamintas iš grafito, kuris lengvai kaupia ličio jonus, kurie per akumuliatorių juda pirmyn ir atgal. Ličio metalo akumuliatoriuje tas anodas yra pagamintas iš paties ličio. Tai reiškia, kad beveik kiekvienas elektronas gali būti panaudotas kaupiant energiją, o tai lemia didesnį energijos tankio potencialą.
Tačiau tai sukuria keletą didelių iššūkių. Pirma, metalas yra labai reaktyvus, taigi, jei jis liečiasi su skysčiu, įskaitant elektrolitą, kuris palaiko tų jonų judėjimą daugumoje baterijų, jis gali sukelti šalutines reakcijas, kurios pablogina bateriją arba sukelia jos degimą. Antra, dėl ličio jonų srauto gali susidaryti adatos pavidalo dariniai, vadinami dendritais, kurie gali pradurti akumuliatoriaus viduryje esantį separatorių ir sutrumpinti elementą.
Bėgant metams dėl šių problemų mokslininkai bandė sukurti kietojo kūno elektrolitus, kurie nereaguoja su ličio metalu, naudojant keramiką, polimerus ir kitas medžiagas.
Viena iš pagrindinių QuantumScape naujovių buvo kietojo kūno keraminio elektrolito, kuris taip pat tarnauja kaip separatorius, kūrimas. Vos kelių dešimčių mikrometrų storio jis slopina dendritų susidarymą, tuo pačiu leisdamas ličio jonams lengvai judėti pirmyn ir atgal. (Elektrolitas kitame akumuliatoriaus gale, katodo pusėje, yra tam tikros formos gelis, todėl tai nėra visiškai kietojo kūno akumuliatorius.)
Singhas atsisako nurodyti medžiagą, kurią jie naudoja, sakydamas, kad tai viena iš labiausiai saugomų komercinių paslapčių. (Kai kurie akumuliatorių ekspertai įtaria , remiantis patentų paraiškomis, kad tai oksidas, žinomas kaip LLZO.) Jo paieška užtruko penkerius metus; sukurti tinkamą sudėtį ir gamybos procesą, kad būtų išvengta defektų ir dendritų, prireikė dar penkių.
Bendrovė mano, kad perėjus prie kietojo kūno technologijos baterijos taps saugesnės nei šiandien rinkoje esantys ličio jonų tipai. vis dar kartais užsidega save ekstremaliomis aplinkybėmis.
Kitas didelis pasiekimas yra tas, kad baterija gaminama be atskiro anodo. (Žr. QuantumScape video čia kad geriau suprastumėte jo dizainą be anodo.)
Kai baterija kraunasi, katodo pusėje esantys ličio jonai keliauja per separatorių ir sudaro idealiai plokščią sluoksnį tarp jo ir akumuliatoriaus galo elektrinio kontakto. Tada beveik visas tas ličio kiekis grįžta į katodą iškrovos ciklo metu. Tai pašalina bet kokios pagrindinio anodo medžiagos, kuri tiesiogiai neprisideda prie energijos kaupimo ar srovės perdavimo, poreikį, o tai dar labiau sumažina reikiamą svorį ir tūrį. Tai taip pat turėtų sumažinti gamybos sąnaudas, teigia bendrovė.
Likusios rizikos
Tačiau yra klaida: „QuantumScape“ rezultatai gauti iš laboratorinių tyrimų su vieno sluoksnio ląstelėmis. Tikras automobilio akumuliatorius turėtų turėti daugybę sluoksnių, kurie visi veiktų kartu. Perėjimas nuo bandomosios linijos prie komercinės gamybos yra didelis energijos kaupimo iššūkis, o daug žadančių akumuliatorių paleidimų žlugo.
Albertas pažymi, kad yra turtinga ankstyvų pretenzijų apie baterijų proveržį istorija, todėl bet kokie nauji pareiškimai yra sutinkami skeptiškai. Jis norėtų, kad „QuantumScape“ pateiktų bendrovės ląsteles tokiems nepriklausomiems bandymams, kuriuos atlieka nacionalinės laboratorijos standartizuotomis sąlygomis.
Kiti pramonės stebėtojai išreiškė abejones, ar bendrovė iki 2025 m. galėtų pasiekti didesnio masto ir saugos bandymus, reikalingus norint įdėti akumuliatorius į kelyje esančias transporto priemones, jei įmonė iki šiol griežtai išbandė vieno sluoksnio elementus.
„Sila Nanotechnologies“, besivystanti konkuruojanti akumuliatorių paleidimo įmonė kitokios energijos tankios anodo medžiagos ličio jonų akumuliatoriams išleistas a Baltas popierius likus dienai iki „Mobilist“ istorijos, kuri išryškina daugybę techninių iššūkių kietojo kūno ličio metalo baterijoms. Jame pažymima, kad daugelis teorinių ličio metalo pranašumų susilpnėja, nes įmonės dirba su komerciniais akumuliatoriais, atsižvelgiant į visas papildomas priemones, kurių reikia, kad jos veiktų.
Tačiau dokumente pabrėžiama, kad sunkiausia bus įveikti rinkos iššūkį: konkuruoti su jau sukurta didžiule pasauline infrastruktūra, siekiant įsigyti, gaminti, pristatyti ir įdiegti ličio jonų baterijas.
Dideli statymai
Tačiau kiti stebėtojai teigia, kad pastarojo meto pažanga šioje srityje rodo, kad ličio metalo baterijos gerokai viršys ličio jonų technologijos energijos tankį ir kad lauką sulaikančios problemos gali būti išspręstos.
Anksčiau būdavo, ar turėsime ličio metalo baterijas; Dabar kyla klausimas, kada juos turėsime, sako Venkatas Viswanathanas, Carnegie Mellon docentas, tyrinėjęs ličio metalo baterijas (ir konsultavęs QuantumScape).
Singhas pripažino, kad įmonė vis dar susiduria su iššūkiais, tačiau jis tvirtina, kad jie yra susiję su inžinerija ir gamybos didinimu. Jis nemano, kad chemijos srityje reikia jokių papildomų proveržių.
Jis taip pat pažymėjo, kad bendrovė dabar turi daugiau nei 1 mlrd.
Paklaustas, kodėl žurnalistai turėtų pasitikėti bendrovės rezultatais be nepriklausomų išvadų, Singhas pabrėžė, kad dalijasi kuo daugiau duomenų, kad būtų skaidrus. Tačiau jis priduria, kad „QuantumScape“ nėra akademinių tyrimų verslas.
Neįsižeisk, bet mums nelabai rūpi, ką tu galvoji, sako jis. Žmonės, kurie mums rūpi, yra mūsų klientai. Jie matė duomenis, atliko bandymus savo laboratorijoje, matė, kad tai veikia, ir dėl to jie daro didžiulius statymus už šią įmonę. VW įveikė viską.
Kitaip tariant, tikrasis išbandymas, ar „QuantumScape“ išsprendė problemas taip, kaip teigiama, yra tai, ar Vokietijos automobilių milžinas iki 2025 m. išleis automobilius su akumuliatoriais.