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Ricarica batterie stato solido in 5 minuti? QuantumScape ci crede
La piattaforma QuantumScape Osprey combina separatore ceramico e catolito solido ai solfuri per 1.000 cicli e 5 minuti di ricarica
Foto di: QuantumScape
Fabio Gemelli 
Di: Fabio Gemelli
12 nov alle 13:00
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QuantumScape rende pubblici per la prima volta i risultati delle celle Osprey, la piattaforma a stato solido che prova a superare i difetti storici degli elettroliti a base di solfuri. Le celle hanno superato 1.000 cicli con una ritenzione dell'80% della capacità in condizioni considerate il riferimento del settore, secondo l'azienda, mantenendo appena 1 atmosfera di pressione applicata, molto meno dei livelli richiesti finora dagli accumulatori a solfuri.
Il dato più immediato è un altro: la ricarica rapida in appena cinque minuti, insieme a una densità energetica che può arrivare fino a circa 1.100 Wh/L. Sono numeri che, se confermati su scala industriale, inciderebbero su due dei limiti più discussi delle auto elettriche di oggi.
Il separatore ceramico QS e il ruolo dei solfuri
Al centro della tecnologia QuantumScape Osprey c'è il separatore ceramico proprietario, prodotto con un processo a flusso continuo che l'azienda chiama Cobra. Il materiale è chimicamente stabile a contatto con il litio metallico. Questa caratteristica consente un'elevata efficienza coulombiana e rende possibile un design "anode-free", cioè senza eccesso di litio depositato sull'anodo.
QuantumScape Osprey, il principio di una batteria totalmente allo stato solido
Foto di: QuantumScape
Il separatore resiste meccanicamente ai dendriti, le protuberanze di litio che possono perforare i separatori polimerici o a base di solfuro e mandare in corto circuito la cella. Nei test di sicurezza condotti dall'azienda, le celle commerciali hanno retto oltre 300°C senza innescare la cosiddetta fuga termica. Nella generazione attuale, la piattaforma QSE abbina lo stesso separatore a un catodo NMC ad alto contenuto di nichel e a un catolito liquido: è la base della QSE-5, il primo prodotto commerciale dell'azienda.
Gli elettroliti a base di solfuro restano tra i più studiati per le batterie allo stato solido grazie alla buona conducibilità ionica e alla relativa semplicità di lavorazione a basse temperature. I produttori che li hanno usati come separatori si sono scontrati per oltre un decennio con gli stessi ostacoli, secondo quanto riporta l'azienda: scarsa durata nei cicli, necessità di pressioni elevate, prestazioni deboli a bassa temperatura e ricariche lente.
Come funziona Osprey
La soluzione proposta da QuantumScape è separare i due problemi: usare il solfuro non come separatore, ma come catolito solido abbinato al separatore ceramico QS. In questa configurazione gli ioni di litio si muovono per ion hopping attraverso la struttura del solfuro. Il meccanismo elimina il fenomeno della polarizzazione tipico degli elettroliti liquidi, ed è ciò che permette la ricarica in cinque minuti, secondo l'azienda.
QuantumScape Osprey: maggiore densità energetica grazie a catodi molto più spessi
Foto di: QuantumScape
La stessa proprietà consente catodi molto più carichi: fino a 10 mAh/cm2, circa il doppio dei 3-5 mAh/cm2 tipici delle batterie al litio convenzionali. Un catodo più carico richiede meno strati per cella, con meno separatori e collettori di corrente. Il risultato è una batteria complessivamente più densa dal punto di vista energetico.
I risultati diffusi riguardano celle unitarie a due strati, con area e carico catodico rilevanti dal punto di vista commerciale: 1.000 cicli all'80% di ritenzione a temperatura ambiente, 1C/1C e scarica completa, oltre a capacità accessibile fino a -20 °C. L'azienda dichiara che nessun'altra cella allo stato solido a base di solfuro ha finora dimostrato la stessa combinazione di risultati.
I vantaggi promessi dalle batterie allo stato solido QuantumScape Osprey
Foto di: QuantumScape
I prossimi passi verso la produzione
Osprey nasce come piattaforma aperta: i clienti possono scegliere il catodo solfuro proprietario di QuantumScape oppure portare una propria tecnologia catodica, mantenendo i vantaggi del separatore ceramico e del design anode-free. L'azienda è in partnership con costruttori automobilistici per sviluppare il progetto.
Fotogallery: Piattaforma per batterie allo stato solido QuantumScape Osprey
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Fonte: QuantumScape
Restano però passaggi ingegneristici da completare prima della produzione su larga scala. I risultati pubblicati provengono da celle a due strati con la stessa area della QSE-5. I clienti del settore automotive richiedono tipicamente celle prismatiche più grandi, con più strati e maggiore capacità.
Il processo produttivo di Osprey è stato finora dimostrato solo su scala di laboratorio. Lo sviluppo di processi a maggiore velocità è ancora in corso.
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