...

Półprzewodnikowy akumulator QuantumScape

3 grudnia 2021
Półprzewodnikowy akumulator QuantumScape

Co to jest litowo-metalowa bateria półprzewodnikowa?

Półprzewodnikowy akumulator litowo-metalowy to akumulator, który zastępuje separator polimerowy stosowany w konwencjonalnych akumulatorach litowo-jonowych separatorem półprzewodnikowym. Wymiana separatora umożliwia zastąpienie anody węglowej lub krzemowej stosowanej w konwencjonalnych akumulatorach litowo-jonowych anodą litowo-metalową. Anoda litowo-metalowa ma większą gęstość energii niż anody konwencjonalne, dzięki czemu akumulator może przechowywać większą ilość energii w tej samej objętości. Niektóre konstrukcje półprzewodnikowe wykorzystują nadmiar litu do utworzenia anody, ale konstrukcja QuantumScape jest bezanodowa, ponieważ bateria jest wytwarzana bez anody w stanie rozładowanym, a anoda tworzy się in situ przy pierwszym ładowaniu.

Jakie są główne zalety akumulatorów litowo-metalowych półprzewodnikowych w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi?

W porównaniu z konwencjonalnym akumulatorem litowo-jonowym, technologia litowo-metalowego akumulatora półprzewodnikowego może: zwiększyć gęstość energii ogniwa (poprzez eliminację anody węglowej lub węglowo-krzemowej), skrócić czas ładowania akumulatora (poprzez eliminację wąskiego gardła z konieczności dyfundowania litu do cząstek węgla w konwencjonalnych ogniwach litowo-jonowych), wydłużyć jego żywotność (poprzez eliminację spadku pojemności wynikającego z niepożądanej chemicznej reakcji ubocznej między węglem a ciekłym elektrolitem w konwencjonalnych ogniwach litowo-jonowych), poprawić bezpieczeństwo (poprzez wyeliminowanie palnego organicznego porowatego separatora i organicznego materiału anolitycznego w konwencjonalnych ogniwach) oraz zmniejszyć koszt akumulatora (poprzez wyeliminowanie materiałów anodowych i kosztów produkcji).

Jaki jest potencjał technologii akumulatorów QuantumScape w zakresie zwiększenia zasięgu pojazdów elektrycznych?

Wyższa gęstość energii ogniw litowo-metalowych QuantumScape w stanie stałym, przy naszym docelowym poziomie 1000 Wh/l, przełoży się na większy zasięg w pojazdach elektrycznych, potencjalnie będzie to poprawa o 50–80% w porównaniu z dzisiejszymi wiodącymi pojazdami elektrycznymi, w zależności od projekt pojazdu. Przykładowo pojazd, który ma zasięg 200 mil, może uzyskać zasięg od 300 do 400 mil.

Jakie są korzyści związane z wagą i objętością baterii litowych QuantumScape?

Energia właściwa to termin, którego fizycy używają w odniesieniu do grawimetrycznej gęstości energii [Wh/kg], podczas gdy gęstość energii to termin, którego używają w odniesieniu do wolumetrycznej gęstości energii. Ogniwo o wyższej energii właściwej zmniejszy masę samych akumulatorów i zapewni dodatkowe oszczędności masy w systemie akumulatorowym. Mniejsza masa w samochodzie dzięki lżejszemu układowi akumulatorów może następnie zmniejszyć masę podwozia, opon, hamulców i nie tylko, co może poprawić osiągi i wydajność pojazdu.

Ogniwo o większej objętościowej gęstości energii zmniejszy rozmiar modułów i pakietu. To również ma kolejne zalety na poziomie systemu, ponieważ wymaga mniejszej liczby złączy i kabli oraz pozwala na bezpieczną konstrukcję pojazdu z większą ilością miejsca na strefy zgniotu, a także większy komfort z większą ilością miejsca dla pasażerów i ładunku.

Technologia litowo-metalowego akumulatora półprzewodnikowego QuantumScape została zaprojektowana tak, aby zapewnić zarówno wysoką energię właściwą, jak i wysoką gęstość energii.

Jeśli zdarzy się wypadek samochodowy, jak wytrzymały jest separator?

Ceramika ogólnie jest odporna na bardzo wysokie temperatury, a nasz separator ceramiczny nie jest wyjątkiem. Ponadto nawet w bardzo wysokich temperaturach nie pali się (ponieważ jest już utleniony), dlatego uważamy, że zapewni stabilną termicznie barierę między anodą a katodą. Architektura akumulatora QuantumScape zmniejsza zawartość paliwa w ogniwie poprzez usunięcie konwencjonalnego separatora polimerowego, grafitu i anolitu. Należy pamiętać, że nie ukończono opracowywania wielowarstwowych komercyjnych ogniw akumulatorowych, a zatem nie przeprowadzono jeszcze testów bezpieczeństwa na komercyjnych akumulatorach i pakietach docelowych.

Jak QuantumScape myśli o możliwości współistnienia innych technologii? Co jeszcze może mieć miejsce na rynku?

Ogniwa litowo-metalowe półprzewodnikowe oferują korzyści w wielu głównych wymiarach wydajności, więc spodziewamy się, że będą bardzo popularne wśród światowych producentów samochodów. Jeśli jednak odniesiemy sukces w naszych wysiłkach rozwojowych, wierzymy, że potencjalny popyt na nasze baterie znacznie przewyższy nasze krótkoterminowe możliwości – a nawet możliwości każdego pojedynczego dostawcy – w zakresie ich produkcji. Spodziewamy się więc, że przez jakiś czas w branży będzie współistnieć wiele technologii. Jeśli weźmie się pod uwagę inne rynki, takie jak stacjonarne magazyny dla sieci i elektroniki użytkowej, rynek jest jeszcze większy, więc świat będzie potrzebował wszystkich swoich fabryk akumulatorów produkujących z pełną wydajnością, aby zaspokoić potencjalny przyszły popyt.

Źródło: quantumscape.com

Zaprenumeruj Magazyn Fotowoltaika