– Har laget batteriet som gir 80 prosent lenger rekkevidde

Kappløpet for å komme på markedet med elbiler utstyrt med de høyeffektive batteriene blir stadig mer spennende.

Tidligere i år hevdet oppstartselskapet QuantumScape at de hadde en revolusjonerende faststoff-basert battericelle.

Nylig fikk vi vite at de har data som dokumenterer at det stemmer.

– Hvis QuantumScape kan føre denne teknologien til masseproduksjon, har de potensialet til å forandre industrien fundamentalt, sa nobelprisvinner og en av oppfinnerne av litiumion-batteriet, dr. Stan Whittingham etter å ha sett informasjonen som ble publisert om den nye teknologien.

Tesla-gründer på laget

Batteriutvikleren og ingeniørselskapet QuantumScape er blant annet kjent for å ha tidligere teknisk direktør og medgrunnlegger i Tesla, J.B. Straubel, som styremedlem.

Og ikke minst: Volkswagen er blant støttespillerne deres.

Den tyske bilprodusenten gikk inn i batteriutviklingsselskapet allerede i 2012 og har investert nær tre milliarder kroner.

Et økonomisk bærekraftig litium-metall faststoffbatteri er et fremskritt batteri-industrien har forsøkt å få til i flere tiår og det har ikke manglet på artikler der forskere og ingeniører har hevdet at de har funnet nye og revolusjonerende løsninger.

Kraftig forbedret rekkevidde

En fungerende faststoffteknologi, der flytende elektrolytt erstattes av fast, i dette tilfellet en keramisk separator, innebærer et stort sprang fremover i energitetthet i forhold til konvensjonelle litiumion-batterier.

Det ville i sin tur bety en rekkevidde på fulladet batteri som er sammenlignbar med biler med tradisjonell forbrenningsmotor.

QuantumScape hevder deres faststoffbatteri er designet for å kunne gi 80 prosent lengre rekkevidde enn dagens litiumion-batterier.

Ny svensk forskning:

Er dette gjennombruddet for faststoff-batteriet?

Først i mål

QuantumScape publiserte sine resultater sist uke. Til nettstedet Wired sa selskapets administrerende direktør, Jagdeep Singh:

– Vi mener vi nå har løst faststoff. Ingen andre faststoff-systemer er i nærheten av dette.

Ifølge Singh har battericellen de har utviklet overkommet alle kjerne-utfordringene som har stått i veien for å lykkes med vellykket faststoffteknologi frem til nå, i særdeleshet svært kort levetid og lang ladetid.

Dataene QuantumScape har frigitt viser at cellen deres kan lades til 80 prosents kapasitet på 15 minutter. Etter 800 ladesykluser (lading/utlading) hadde den fortsatt 80 prosent av sin kapasitet.

Den yter også bra i et stort temperaturintervall, viser testene – også helt ned i -30 grader.

Ikke brannfarlig

Batteriet er ikke brennbart og har en energitetthet tilsvarende over 1 kWt per liter på cellenivå, hvilket er nesten det dobbelte i forhold til de beste litiumion-cellene i dag.

Selve battericellen er på størrelse med et spillkort og omtrent like tynn. Katoden er laget av nikkel-mangan-koboltoksid (NMC), som er ganske vanlig i dag. Anoden er rent litium-metall og selve battericellen produseres uten anode, derfor kalles batteriet «anodefritt».

I den utladede battericellen befinner litiumet seg på katode-siden og den andre siden er komprimert som et trekkspill. Når batteriet lades, strømmer litiumionene over til anodesiden.

Det vokser således frem en tynn anode.

Anoden vokser frem

Når batteriet lades ut, strømmer ionene den andre veien, og etterlater et tomrom som er tynnere enn et menneskehår på anodesiden.

Foxconn viser elbilchassis:

Nå skal iPhone-produsenten lage egne elbiler

– Denne anodefri designen er viktig fordi det antakelig er den eneste måten man i dag kan få til produksjon av litium-metallbatterier med eksisterende produksjonsanlegg, sier Venkat Viswanathan, som er ekspert på emnet ved Carnegie Mellon-universitetet og rådgiver for QuantumScape.

– Anodefri design har vært en stor utfordring for forskersamfunnet.

Nøkkelen til å lykkes har likevel vært selve faststoffet - altså den faste, men fleksible keramiske separatoren som ionene strømmer gjennom og som erstatter den tradisjonelle, flytende elektrolytten.

Ifølge Singh har det tatt over ti år med prøving og feiling før de omsider fant materialet de trengte.

«Mirakel-separator»

Nøyaktig hva det er laget av er en industrihemmelighet. Men det forener åpenbart de beste egenskapene til polymer, som fungerer men lar dendrittene passere, og keramikk, som blokkerer dendritter men som er for skjørt i ren form til å tåle mange ladesykluser.

(Dendrittene er uønskede litium-metalliske mikrostrukturer som dannes, nærmest som utvekster, på katoden under lading. De kan forårsake kortslutninger).

QuantumScape ser med andre ord ut til å ha lagt listen høyere enn noen hadde klart til nå.

Forbeholdet som må tas er selvsagt at det gjenstår å teste ferdige batterier, der et stort antall av slike battericeller skal pakkes sammen for å lagre de store mengdene med energi som trengs i en elbil. Deretter skal de produseres i store volum.

Gjenstår å pakke

Jagdeep Singh ser ikke på det som noen hindring og hevder det å løse problemene knyttet til utviklingen av selve battericellen har vært det store spranget som skulle til. Det vil likevel fortsatt ta tid før storskala industriproduksjon vil være et faktum.

På grunnlag av tidlige resultater har Volkswagen tidligere sagt at de håper så smått å kunne starte opp produksjon av elbiler med faststoffteknologi fra 2025.

Mye tyder på at denne ambisjonen nå er kraftig styrket. Årstallet er for øvrig det samme erkerivalen på det globale markedet, Toyota, har satt som sitt mål for å introdusere et kjøretøy med faststoffbatterier.

Kappløpet vil sannsynligvis fortsette å være spennende en god stund til.

Presentasjonen av resultatene, som foregikk på Zoom, kan du se her:

«Vi er i rute med faststoffbatteriet»:

Toyota forbereder sin elbilrevolusjon