QuantumScape: solid-state akumulátory už brzy na trhu
9.12.2020, Milan Šurkala, aktualita
Společnost QuantumScape poodhalila technické vlastnosti svých solid-state akumulátorů, které ve výchozím stavu nemají anodu. Mají řešit většinu problémů Li-Ion článků a navíc by se mohly už docela brzy objevit na trhu.
Nových typů akumulátorů máme hodně a jedním z nich je projekt společnosti QuantumScape. V jeho případě jde o nové solid-state akumulátory s pevným elektrolytem, které jsou bezanodové. Za separátorem je hned kolektor a anoda v podstatě jen dynamicky vzniká na povrchu při nabíjení článku. U standardních akumulátorů je elektrolyt tekutý a anoda bývá obvykle z grafitu nebo směsí grafitu a jiných materiálů. Výhodou má být větší bezpečnost takových článků, nicméně společnosti se podařilo vyřešit i hustotu (jak hmotnostní, tak i objemovou).
Prezentace společnosti nicméně ukazuje i pár zajímavých historických souvislostí. Mnozí lidé předpokládají, že v okamžiku objevení nové technologie je skoro vše hotovo, a ta by se měla objevit snad za měsíc na trhu, a že se akumulátory za poslední dobu nikam neposunuly. Faktem nicméně je, že v roce 1991 měly první Li-Ion články hustotu necelých 100 Wh/kg, dnes jsme asi na 270 Wh/kg. To v přepočtu znamená, že se dosahuje průměrného ročního nárůstu hustoty o 3,5 %. Také ukazuje, že není Li-Ion jako Li-Ion a těch typů je opravdu mnoho. To, že baterka ve smartphonu nevydrží 3 roky, totiž opravdu neznamená, že má elektromobil tutéž směs, přestože jde stále o Li-Ion.
Dobře také ukazuje, že vývoj baterie není měsíční záležitost a je to běh na dekády. Společnost byla založena na přelomu let 2010 a 2011, o rok později začalo strategické partnerství s Volkswagenem. Ano, už tehdy VW koketoval s myšlenkami na elektromobil a investoval do podniků vyvíjejících akumulátory. V roce 2013 probíhaly testy prvních solid-state separátorů, v roce 2015 pak byl na základě testů vybrán vhodný separátor. Rok 2016 znamenal první ukázku nové technologie, ve 2017 pak byla vyvinuta technologie výroby separátoru.
V roce 2018 vznikl joint venture s Volkswagenem, byl prezentován design akumulátoru bez anody, roku 2019 byly dokončeny testy novinky s ohledem na životnost. Letos VW provedl už několikáté investiční kolo (Series F) a byly prezentovány poslední výsledky. Nyní je na řadě dokončení vývoje, plánování výstavby první 1GWh továrny, v roce 2022 by mělo být vybráno místo a začít se se stavbou. Na přelomu let 2023 až 2024 se počítá se zahájením výroby v menším rozsahu, v roce 2026 by se pak měla rozjet druhá továrna s roční kapacitou výroby 20 GWh. Opravdu vidíte, že je to běh na dobrých 15 let, a to je ještě potřeba dořešit výtěžnost výroby a další detaily.
QuantumScape porovnává svůj akumulátor s dnešními Li-Ion. Při hmotnosti 350 kg dosahuje hustoty 470 Wh/kg, zatímco běžný Li-Ion je asi na 260 Wh/kg. To znamená také energii 164 kWh v hmotnost, kde Li-Ion zvládne jen 90 kWh (prezentace sice uvádí objemovou hustotu, ale podle čísel to vypadá na chybu). V přepočtu na dojezd je to 730 km proti 400 km a také slibuje rychlé nabíjení z 0 na 80 % za 15 minut (Li-Ion se za tu dobu dostane na cca 50 %, resp. na 80 % je obvykle za více než půl hodiny).
Cílem bylo dosáhnout životnosti vyšší než 80 % po 800 cyklech (při dojezdu 500 km by to byla životnost na téměř 400 tisíc km) a grafy ukazují, že se dle akcelerovaných testů pohybují mezi 88 až 93 %. Další výhodou má být rozumný výkon i při nízkých teplotách. Zatímco při 0 °C má specifickou kapacitu okolo 135 mAh/g, při -30 °C je ještě na necelých 90 mAh/g. Pro srovnání, Li-Ion je na méně než 60 mAh/g už při -25 °C. Silný partner jako Volkswagen, který do projektu hodlá celkově investovat okolo 300 mil. USD, ukazuje, že bychom se za ty tři roky snad skutečně mohli dočkat.
