Baterias para veículos elétricos do futuro apresentadas: carregamento rápido, degradação mínima e alta capacidade

No final de novembro, a empresa americana QuantumScape, que havia sido apoiada apenas pela Fundação Bill Gates e pela Volkswagen por dez anos, abriu o capital e saiu das sombras. Foi imediatamente anunciado que as baterias de lítio-metal em estado sólido desenvolvidas pela empresa se tornariam baterias para veículos elétricos de segunda geração, que em termos de autonomia seriam comparáveis ​​aos carros movidos a motores de combustão interna. Hoje ela está provando seu caso com números em suas mãos.

Célula recarregável QuantumScape. Fonte da imagem: QuantumScape

Antes do desenvolvimento do QuantumScape, que deixou a Universidade de Stanford há dez anos, as baterias de metal de lítio de estado sólido eram consideradas promissoras, mas sofriam de uma série de efeitos colaterais negativos. Em particular, eles eram mais seguros e mais espaçosos do que o íon de lítio, mas tinham uma faixa estreita de temperatura operacional. As baterias QuantumScape, de acordo com os desenvolvedores, estão livres de doenças infantis causadas por baterias de metal de lítio de estado sólido e podem se tornar comercialmente viáveis ​​em quatro anos.

A principal característica das baterias de metal de lítio de estado sólido QuantumScape é que as baterias não têm ânodo. Mais precisamente, durante a produção das baterias QuantumScape, o ânodo não é fabricado. Este eletrodo é formado em uma célula de bateria já montada por deposição de lítio metálico enquanto a célula está sendo carregada. A taxa declarada de deposição de lítio durante a formação do ânodo supera todos os indicadores anteriores e atinge um mícron por minuto, o que promete uma alta densidade de corrente de carga e carregamento rápido: até 80% da capacidade em 15 minutos.

A empresa se orgulha de que o ânodo da bateria foi projetado com “zero excesso de lítio”. Em outras palavras, mesmo uma quantidade mínima de lítio na forma de uma folha ou deposição no local da formação do ânodo não é necessária durante a produção da célula. Isso reduz significativamente o custo e simplifica a produção de células.

Outra importante invenção do QuantumScape foi a criação de um separador de cerâmica que separa os eletrodos. O QuantumScape é mais fino que um cabelo humano e não é inflamável. Em uma célula de íon de lítio convencional, o separador é feito de materiais orgânicos e é um dos motivos para o risco de incêndio das células. Deve-se observar que as células da bateria QuantumScape serão fabricadas em “bolsas”, em vez de formatos cilíndricos. Talvez esta seja uma das características do uso de separadores de cerâmica.

Fonte da imagem: QuantumScape

As baterias QuantumScape também possuem cátodos espessos com a capacidade de passar correntes de alta densidade superiores a 3 mAh / cm2 por uma hora de carga e descarga com correntes de 1C. Após 800 ciclos de carga e descarga, as células QuantumScape mantiveram mais de 80% da capacidade, o que potencialmente promete viajar centenas de milhares de quilômetros com uma bateria. Tão importante quanto, as baterias mantêm o desempenho até -30 ° C, o que não era possível com designs alternativos. Além disso, devido ao fato de que o grafite ou o silício-grafite é removido do ânodo, a substância eletrolítica não se degrada durante as reações colaterais nos processos de carregamento e descarregamento da célula. Como você pode entender facilmente, isso mantém os parâmetros de trabalho da célula o maior tempo possível.

Finalmente, a QuantumScape promete levar a capacidade das baterias comerciais de metal de lítio de estado sólido para o máximo testado em laboratório de 1000 Wh / L. Assim, a capacidade das baterias pode aumentar em 80% em comparação com as melhores células modernas de íon-lítio e levar a autonomia dos veículos elétricos a valores comparáveis ​​às capacidades dos carros movidos a motores de combustão interna.