211service.com
Šis īpaši enerģijas blīvais akumulators varētu gandrīz dubultot elektrisko transportlīdzekļu diapazonu
QuantumScape viena slāņa, cietvielu litija-metāla akumulatora šūna. Pieklājība: QuantumScape
Zinātnieki jau sen ir redzējuši litija-metāla baterijas kā ideālu tehnoloģiju enerģijas uzkrāšanai, izmantojot periodiskajā tabulā vieglāko metālu, lai piegādātu šūnas, kas ir pārpildītas ar enerģiju.
Taču pētnieki un uzņēmumi ir mēģinājuši un neizdevušies gadu desmitiem, lai ražotu pieejamas, uzlādējamas versijas, kurām nebija šķebinoša ieraduma aizdegties.
Tad šī gada sākumā Jagdeep Singh, QuantumScape izpilddirektors, apgalvoja intervijā laikrakstam The Mobilist ka lielā mērā finansētais, slepenais Silīcija ielejas uzņēmums ir pārvarējis galvenās tehniskās problēmas. Viņš piebilda, ka VW paredz, ka akumulatori savās automašīnās un kravas automašīnās būs līdz 2025. gadam, solot samazināt izmaksas un palielināt savu elektrisko transportlīdzekļu klāstu.
Pēc publiskošanas novembrī QuantumScape vērtība tagad ir aptuveni 20 miljardi USD, lai gan tam vēl nav ne produkta, ne ieņēmumu (un nav cerību, ka tas notiks līdz 2024. gadam ). VW ir ieguldījis uzņēmumā vairāk nekā 300 miljonus dolāru un ir izveidojis kopuzņēmumu ar QuantumScape, lai ražotu akumulatorus. Uzņēmums ir piesaistījis arī simtiem miljonus no citiem lielākajiem investoriem.
Tomēr līdz šim Sings bija atklājis dažas detaļas par akumulatoru, mudinot pētniekus, konkurentus un žurnālistus izpētīt patentu pieteikumus, investoru dokumentus un citus avotus, lai noskaidrotu, ko tieši uzņēmums ir sasniedzis un kā.
Paziņojumā presei otrdien, 8. decembrī, QuantumScape beidzot sniedza laboratorijas testu tehniskos rezultātus. Tā tehnoloģija ir daļēji cietvielu akumulators, kas nozīmē, ka tajā tiek izmantots ciets elektrolīts, nevis šķidrums, ko izmanto lielākā daļa akumulatoru, lai veicinātu uzlādētu atomu kustību caur ierīci.
Daudzi pētnieki un uzņēmumi pēta cietvielu tehnoloģiju dažādām akumulatoru ķīmiskajām vielām, jo šī pieeja var uzlabot drošību un enerģijas blīvumu, lai gan praktiskas versijas izstrāde ir izrādījusies sarežģīta.
Uzņēmums, kas atrodas Sanhosē, Kalifornijā, joprojām neizpauž noteiktu informāciju par savu akumulatoru, tostarp dažus no galvenajiem materiāliem un procesiem, ko tas izmanto, lai tas darbotos. Un daži eksperti joprojām ir skeptiski ka QuantumScape ir patiesi risinājusi sarežģītas tehniskās problēmas, kas nākamajos piecos gados padarītu iespējamu litija-metāla akumulatoru komerciālajos transportlīdzekļos.
Testa rezultāti
Intervijā MIT Technology Review Singh saka, ka uzņēmums ir parādījis, ka tā akumulatori efektīvi apmierinās piecas galvenās patērētāju vajadzības, kas līdz šim neļāva elektriskajiem transportlīdzekļiem pārsniegt. 2% no jauno ASV automašīnu pārdošanas apjoma : zemākas izmaksas, lielāks darbības rādiuss, īsāks uzlādes laiks, ilgāks kopējais kalpošanas laiks uz ceļa un uzlabota drošība.
Jebkurš akumulators, kas atbilst šīm prasībām, patiešām var atvērt 98% tirgus tādā veidā, kā jūs to nevarat izdarīt šodien, viņš saka.
Jagdeep Singh, QuantumScape izpilddirektors
Patiešām, QuantumScape darbības rezultāti ir ievērojami.
Baterijas var uzlādēt līdz 80% mazāk nekā 15 minūtēs. (MotorTrend atrasts ka Tesla V3 Supercharger paņēma Model 3 no 5% līdz 90% 37 minūtēs, veicot testu pagājušajā gadā.) Un tie saglabā vairāk nekā 80% no savas jaudas 800 uzlādes ciklos, kas ir aptuveni 240 000 jūdžu nobraukuma ekvivalents. Faktiski akumulators uzrāda nelielu degradāciju pat tad, ja tas tiek pakļauts agresīviem uzlādes un izlādes cikliem.
Visbeidzot, uzņēmums saka, ka akumulators ir izstrādāts tā, lai sasniegtu braukšanas diapazonu, kas varētu par vairāk nekā 80% pārsniegt elektrisko transportlīdzekļu ar standarta litija jonu akumulatoru diapazonu, lai gan tas vēl nav tieši pārbaudīts.
Dati no QuantumScape ir diezgan iespaidīgi, saka Pols Albertuss, Merilendas Universitātes ķīmijas un biomolekulārās inženierijas docents un iepriekš ARPA-E uz cietvielu vērstās IONICS programmas direktors, kuram nav nekādas saistības vai finansiālas attiecības ar kompānija.
Uzņēmums ir gājis daudz tālāk par citām lietām, ko esmu redzējis litija-metāla baterijās, viņš piebilst: viņi ir noskrējuši maratonu, kamēr visi pārējie ir veikuši 5K.
Kā tas strādā
Tātad, kā viņi to visu panāca?
Standarta litija jonu akumulatorā mūsdienu elektromobilī viens no diviem elektrodiem (anods) lielākoties ir izgatavots no grafīta, kas viegli uzglabā litija jonus, kas pārvietojas uz priekšu un atpakaļ caur akumulatoru. Litija-metāla akumulatorā šis anods ir izgatavots no paša litija. Tas nozīmē, ka gandrīz katru elektronu var iedarbināt, uzglabājot enerģiju, kas rada lielāku enerģijas blīvuma potenciālu.
Taču tas rada pāris lielus izaicinājumus. Pirmais ir tas, ka metāls ir ļoti reaģējošs, tādēļ, ja tas nonāk saskarē ar šķidrumu, tostarp elektrolītu, kas atbalsta šo jonu kustību lielākajā daļā akumulatoru, tas var izraisīt blakusparādības, kas pasliktina akumulatoru vai izraisa tā aizdegšanos. Otrais ir tas, ka litija jonu plūsma var veidot adatai līdzīgus veidojumus, kas pazīstami kā dendriti, kas var caurdurt separatoru akumulatora vidū, radot elementu īssavienojumu.
Gadu gaitā šie jautājumi ir likuši pētniekiem mēģināt izstrādāt cietvielu elektrolītus, kas nereaģē ar litija metālu, izmantojot keramiku, polimērus un citus materiālus.
Viens no QuantumScape galvenajiem jauninājumiem bija cietvielu keramikas elektrolīta izstrāde, kas kalpo arī kā separators. Tikai dažus desmitus mikrometru biezs, tas nomāc dendrītu veidošanos, vienlaikus ļaujot litija joniem viegli pārvietoties uz priekšu un atpakaļ. (Elektrolīts akumulatora otrā galā, katoda pusē, ir sava veida gēls, tāpēc tas nav pilnībā cietvielu akumulators.)
Singhs atsakās norādīt izmantoto materiālu, sakot, ka tas ir viens no viņu visvairāk sargātajiem komercnoslēpumiem. (Daži akumulatoru speciālistiem ir aizdomas , pamatojoties uz patentu pieteikumiem, ka tas ir oksīds, kas pazīstams kā LLZO.) Tā atrašana prasīja piecus gadus; lai izstrādātu pareizo sastāvu un ražošanas procesu, lai novērstu defektus un dendritus, bija nepieciešami vēl pieci.
Uzņēmums uzskata, ka pāreja uz cietvielu tehnoloģiju padarīs akumulatorus drošākus nekā šodien tirgū pieejamās litija jonu šķirnes, kas joprojām reizēm aizdegas sevi ekstremālos apstākļos.
Otrs lielais sasniegums ir tas, ka akumulators tiek ražots bez īpaša anoda. (Skatiet QuantumScape video šeit lai labāk izprastu tā dizainu bez anoda.)
Akumulatoram uzlādējoties, litija joni katoda pusē pārvietojas caur separatoru un veido perfekti plakanu slāni starp to un elektrisko kontaktu akumulatora galā. Pēc tam gandrīz viss litijs izlādes cikla laikā atgriežas katodā. Tas novērš vajadzību pēc jebkāda galvenā anoda materiāla, kas tieši neveicina enerģijas uzkrāšanas vai strāvas pārvades darbu, vēl vairāk samazinot nepieciešamo svaru un tilpumu. Tam vajadzētu arī samazināt ražošanas izmaksas, norāda uzņēmums.
Atlikušie riski
Tomēr ir āķis: QuantumScape rezultāti ir iegūti no laboratorijas testiem, kas veikti ar viena slāņa šūnām. Faktiskam automobiļu akumulatoram vajadzētu būt vairākiem desmitiem slāņu, kas darbojas kopā. Pāreja no izmēģinājuma līnijas līdz komerciālai ražošanai ir nopietns izaicinājums enerģijas uzglabāšanā un punkts, kurā daudzi kādreiz daudzsološi akumulatoru palaišanas gadījumi ir bijuši neveiksmīgi.
Albertuss atzīmē, ka pastāv bagāta vēsture priekšlaicīgiem apgalvojumiem par akumulatoru sasniegumiem, tāpēc visi jauni tiek uztverti ar skepsi. Viņš vēlētos, lai QuantumScape iesniegtu uzņēmuma šūnas tāda veida neatkarīgām pārbaudēm, kuras standartizētos apstākļos veic nacionālās laboratorijas.
Citi nozares novērotāji ir pauduši šaubas, ka uzņēmums līdz 2025. gadam varētu sasniegt mērogošanas un drošības pārbaudes, kas nepieciešamas, lai transportlīdzekļos uz ceļiem ievietotu akumulatorus, ja uzņēmums līdz šim ir stingri pārbaudījis tikai viena slāņa elementus.
Sila Nanotechnologies, konkurējošs akumulatoru starta uzņēmums, kas attīstās cita veida enerģijas blīvi anoda materiāli litija jonu akumulatoriem, izlaista a balts papīrs dienu pirms Mobilist stāsta, kas izceļ tehnisku izaicinājumu litāniju cietvielu litija-metāla akumulatoriem. Tajā norādīts, ka daudzas litija-metāla teorētiskās priekšrocības samazinās, jo uzņēmumi strādā pie komerciāliem akumulatoriem, ņemot vērā visus papildu pasākumus, kas nepieciešami, lai tie darbotos.
Taču rakstā uzsvērts, ka grūtākais būs risināt tirgus izaicinājumus: konkurēt ar masīvo globālo infrastruktūru, kas jau ir izveidota, lai iegūtu, ražotu, piegādātu un uzstādītu litija jonu akumulatorus.
Milzīgas likmes
Tomēr citi novērotāji saka, ka nesenie sasniegumi šajā jomā liecina gan par to, ka litija-metāla akumulatori ievērojami pārsniegs litija jonu tehnoloģiju enerģijas blīvumu, gan arī to, ka problēmas, kas kavē šo lauku, var atrisināt.
Agrāk bija jautājums, vai mums būs litija-metāla baterijas; tagad ir jautājums par to, kad mēs tos iegūsim, saka Venkats Visvanatans, Kārnegija Melona asociētais profesors, kurš ir pētījis litija-metāla baterijas (un veicis konsultāciju QuantumScape).
Sings atzina, ka uzņēmums joprojām saskaras ar izaicinājumiem, taču viņš uzstāj, ka tie ir saistīti ar inženieriju un ražošanas palielināšanu. Viņš neuzskata, ka ir nepieciešami nekādi papildu sasniegumi ķīmijā.
Viņš arī atzīmēja, ka uzņēmumam tagad ir vairāk nekā 1 miljards dolāru, nodrošinot ievērojamu skrejceļu, lai nokļūtu komerciālā ražošanā.
Jautāts, kāpēc žurnālistiem vajadzētu uzticēties uzņēmuma rezultātiem, neizmantojot neatkarīgus atklājumus, Sings uzsvēra, ka viņš dalās pēc iespējas vairāk datu, lai nodrošinātu pārredzamību. Bet viņš piebilst, ka QuantumScape nenodarbojas ar akadēmisko pētījumu.
Neapvainojieties, bet mums ir vienalga, ko jūs domājat, viņš saka. Cilvēki, par kuriem mēs rūpējamies, ir mūsu klienti. Viņi ir redzējuši datus, ir veikuši testus savā laboratorijā, viņi ir redzējuši, ka tas darbojas, un rezultātā viņi liek lielas likmes par šo uzņēmumu. VW ir izgājis visu.
Citiem vārdiem sakot, patiesais pārbaudījums, vai QuantumScape ir atrisinājis problēmas tikpat pilnībā, kā tas apgalvo, ir tas, vai Vācijas autobūves gigants līdz 2025. gadam nodos uz ceļiem automašīnas, kas aprīkotas ar akumulatoriem.