Trg električnih baterij doživlja pravo revolucijo, saj nova tehnologija obeta, da bo spremenila svet električnih vozil. Gre za baterije z trdnim elektrolitom brez anode, ki jih razvija QuantumScape, mlado podjetje, ki obeta rešitev za številne izzive, s katerimi se soočajo današnja električna vozila. To je tehnologija, ki bi lahko omogočila do 800 km dosega in rešila nekatere največje omejitve sodobnih baterij.
Zakaj odstranitev anode predstavlja revolucijo v baterijah
“Če želite narediti velik skok v smislu stroškov, energije na maso in energije na volumen, bi bil največji korak odstranitev anode,” pojasnjuje Tim Holme, soustanovitelj in tehnični direktor QuantumScape. Ta izjava se morda sliši tehnično, vendar se za njo skriva temeljna resnica: tradicionalna anoda iz grafita je ena od najproblematičnejših komponent današnjih baterij. Anoda ima več pomanjkljivosti:
- Potrebuje toksične topilce za proizvodnjo.
- Njena proizvodnja povzroča velike emisije CO2.
- Predstavlja pomemben delež teže baterije.
- Omejuje hitrost polnjenja in gostoto energije.
Trenutno Kitajska obvladuje skoraj celotno dobavno verigo grafita, kar predstavlja strateški izziv za evropske in ameriške proizvajalce.
Baterija litij-metal brez anode: kako deluje
Tehnologija, ki jo razvija QuantumScape, temelji na preprostem, a učinkovitem principu: anodo ustvarimo v sami bateriji, torej neposredno znotraj nje, namesto da bi jo vstavili kot ločen del. V litij-metal bateriji brez anode se postopek razlikuje. Med prvim polnjenjem se litijevi ionji odložijo na zbiralnik toka, kjer tvorijo litijevo-metalno anodo. Ta način izdelave močno poenostavi proizvodnjo, znižuje stroške in povečuje gostoto energije. Po podatkih QuantumScape bi vozilo, ki običajno doseže 560 km avtonomije, lahko z novimi celicami doseglo 640–800 km.
Glavna težava: dendriti
Litij-metal velja za najboljšo anodo, še boljšo od grafita in silicija. Toda obstaja ena glavna težava: dendriti – majhne kovinske strukture, ki rastejo znotraj baterije in jo lahko prezgodaj uničijo. Te strukture lahko prekinjajo elektrolit in povzročijo kratke stike, kar vodi do okvar.
Za rešitev tega problema je QuantumScape razvilo poseben separatorski material iz keramike, ki preprečuje nastanek dendritov. Elektrolit je narejen iz organskih tekočin, katoda pa je lahko izdelana iz niklja, železa ali obeh.
| Komponenta | Tradicionalna litij-ionska baterija | Baterija litij-metal brez anode |
|---|---|---|
| Anoda | Grafit ali silicij (vnaprej izdelana) | Litij-metal (nastane v sami bateriji) |
| Separatorski material | Porozni polimer | Trdna keramika |
| Gostota energije | ~250-300 Wh/kg | 305-450 Wh/kg |
| Varnost | Tveganje vžiga | Separatorski material je negorljiv |
Obetavne zmogljivosti, vendar še ne revolucionarne
Celica QSE-5 podjetja QuantumScape ima gostoto energije 305 Wh/kg, kar predstavlja le majhno izboljšanje v primerjavi s celicami NMC 4680 podjetja Tesla, ki so ocenjene na med 272 in 296 Wh/kg. Vendar pa Solstice baterija podjetja Factorial že dosega 450 Wh/kg, kar je precej višja gostota. Kljub temu so prednosti te tehnologije še vedno opazne. Življenjska doba baterije se izboljša, saj se odstrani “izguba kapacitete”, ki nastane zaradi kemičnih reakcij med anodo in elektrolitom. Varnost je okrepila keramična membrana, ki ostane stabilna tudi pri ekstremnih toplotnih obremenitvah, s čimer se zmanjšajo možnosti za vžig ob nesrečah.
Od teorije do proizvodnje: pot do komercializacije
QuantumScape je že poslal “B vzorce” svojih novih baterij avtomobilskim proizvajalcem na testiranje in letos načrtuje še več dostav. Eden od njihovih kupcev je PowerCo SE, podružnica skupine Volkswagen, ki se specializira za baterije. “Dali smo jim licenco za našo tehnologijo in sodelujemo pri njeni uvedbi,” pravi Holme. “Gradijo gigafabrike v Španiji, Nemčiji in Kanadi, in sodelovali bomo z njimi pri proizvodnji te tehnologije.” V okviru te licenčne pogodbe, ki ni ekskluzivna, bo PowerCo lahko proizvedla do 40 GWh baterij, kar bi zadostovalo za približno milijon vozil na leto. Holme primerja razvoj teh celic s prebojem SpaceX v vesoljski industriji: “Če primerjate prvo raketo SpaceX s tisto, kar je takrat počela NASA, ni bila tako konkurenčna po stroških. A ko so se izboljšali, so zmanjšali stroške za več redov velikosti v primerjavi s tem, kar je počela NASA.” Ta tehnologija bo morda sprva dražja od tradicionalnih baterij, vendar bo z večjo proizvodnjo in optimizacijo procesov postala cenovno konkurenčna, celo boljša od litij-ionskih baterij v smislu stroškov in učinkovitosti.
Zaključek
Tehnologija litij-metal brez anode predstavlja velik korak naprej za industrijo baterij in električnih vozil. V prihodnjih letih bi lahko omogočila daljše dosege, hitrejše polnjenje in večjo varnost, pri čemer pa bi lahko zmanjšala stroške proizvodnje. Z napredkom te tehnologije bo QuantumScape verjetno postalo ključni igralec na tem področju, saj so njegove rešitve sposobne zadovoljiti potrebe sodobnih električnih vozil.
