Framsteg för Quantumscapes lovande batteriteknik: ”Imponerande”

2020-12-10 10:04  
Till vänster syns en vanlig litiumjoncell. Katoden är ljusgrå och anoden mörkgrå. Mellan dem finns en separator. Elektrolyten är våt och finns i både anod och katod. Till höger syns Quantumscapes cell, med en konventionell katod (ljusgrå) och en anod av metalliskt litium (grön). Mellan dem finns en separator som också fungerar som fastfaselektrolyt. Foto: Quantumscape

Volkswagenbackade Quantumscape har äntligen avslöjat detaljer om sin batteriteknik. Målet är att den ska finnas i VW:s bilar 2025.

Amerikanska Quantumscape utvecklar en battericell med två framtidstekniker som skiljer dem från dagens batterier: En elektrolyt i fast fas och en anod av litiummetall. Nu har företaget för första gången presenterat resultat från labbtester. Volkswagen har investerat tungt i bolaget som nyligen börsnoterades. Microsoftgrundaren Bill Gates finns också med ombord.

En anod av metalliskt litium ger en högre energitäthet än dagens anoder som vanligen görs av grafit (ibland med inslag av kisel). I ett vanligt litiumjonbatteri hålls de laddade litiumatomerna på plats av grafitstrukturen i anoden. Men i Quantumscapes batteri utgörs anoden helt och hållet av samma litiumatomer som står för energitransporten mellan anod och katod. När cellen laddas ur vandrar litiumjonerna över till katoden (den positiva elektroden). I en helt urladdad cell finns alltså ingen anod kvar i egentlig mening.

Elektrolyt och separator i ett

Den andra tekniken handlar om att använda sig av en fastfaselektrolyt. Elektrolyten är det medium som möjliggör jontransporten mellan anod och katod. I ett vanligt litiumjonbatteri är elektrolyten blöt eller gelformad. Anod och katod hålls isär med hjälp av en porös separator, ofta gjord av en polymer. I Quantumscapes cell ersätts den våta elektrolyten med en fastfaselektrolyt som även fungerar som en icke-porös separator.

Företaget har gjort en film som beskriver cellens uppbyggnad:

What are Solid-State Lithium-Metal Batteries? from Quantumscape on Vimeo.

Genom att kombinera en anod av litiummetall med fastfaselektrolyt menar Quantumscape att de kan skapa en battericell med en energitäthet om 400–500 Wh/kg, vilket är nästan dubbelt upp mot cellerna i dagens elbilar. Ett elbilsbatteri (oklart vilken storlek) ska dessutom gå att snabbladda (upp till 80 procent) på endast en kvart.

Bolaget har hittills varit mycket sparsmakat med resultat från sina tester. Litiummetallbatterier är förknippade med en rad utmaningar, som forskare har försökt att lösa i många år. En av dem handlar om så kallade dendriter, utväxter som riskerar att penetrera separatorn och orsaka kortslutning.

80 procent kapacitet efter 800 cykler

Men nu har företaget presenterat lovande testresultat, vilket bland annat MIT Technology rapporterar om.

Cellerna (påssceller i samma storlek som är planerad för massproduktion) laddades upp och ur mer än 800 gånger. Hastigheten för upp- och urladdning var en timme för att nå fullt eller tomt batteri, vilket brukar kallas för 1C (2C innebär alltså att full laddning respektive urladdning uppnås efter 30 minuter). Temperaturen var +30 grader Celsius men Quantumscape anger att de testat så lågt som -30 grader Celsius.

Cellerna ska efter 800 cykler ha haft en återstående laddkapacitet på över 80 procent. 800 cykler motsvarar tiotusentals mil i körsträcka. Quantumscape menar att andra aktörer bara lyckats uppnå ett par hundra cykler med liknande batteriteknik, innan cellen kortslutits eller förlorat för mycket av sin kapacitet.

Hemligt material

Paul Albertus, biträdande lektor verksam inom kemi vid Marylands universitet, säger till MIT Technology Review att Quantumscapes resultat är "rätt imponerande". Företaget har gått betydligt längre än andra bolag verksamma inom litiummetallbatterier, menar han.

– De har sprungit ett maraton medan alla övriga har sprungit fem kilometer, säger han.

Men det finns en hake med testresultaten. Det har endast utförts på påsceller som består av ett enda lager. En kommersiell cell för elbilar är vanligen uppbyggd av dussintals lager. Paul Albertus hoppas att Quantumscape är villigt att lämna över en cell till ett oberoende labb för ett test under standardiserade förhållanden.

Företaget har inte berättat vilket material den kombinerande separatorn och fastfaselektrolyten består av, annat än att den är keramisk. Enligt vd Jagdeep Singh tog materialet fem år att utveckla och är nyckeln till cellens funktion.

Johan Kristensson

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt