QuantumScape wehrt die Skeptiker von Festkörperbatterien ab

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Werden sie es tun oder nicht? Einigen Branchenvertretern zufolge wird eine Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge in den nächsten Jahren marktreif sein. Andere sagen, dass es noch 10 Jahre oder länger dauern wird. Das US-Startup QuantumScape gehört zum ersten Lager und hat auf seiner Suche nach einer fahrtauglichen Festkörperbatterie gerade einen weiteren Zielpfosten überschritten.

QuantumScape liefert Alpha-2-Prototyp-Festkörperbatterie aus

Um es klarzustellen: Der Akku des QuantumScape ist nicht durchgehend stabil. Der Schlüssel zur Technologie ist ein anodenfreier Herstellungsprozess, bei dem die Zelle im entladenen Zustand hergestellt wird. Die Anode baut sich während ihres ersten Ladezyklus zusammen.

Die Anode ist mit einem proprietären Keramikseparator gepaart, der für die Stabilität sorgt. Die Kathode erfährt eine andere Behandlung. Es wird mit einem eigenen Katholyten in Form eines organischen flüssigen Elektrolyten gepaart. QuantumScape argumentiert, dass es schwierig sei, ein einziges Material zu entwickeln, das sowohl für die Anode als auch für die Kathode geeignet sei, und dass ein flüssiger Katholyt „besser dafür geeignet“ sei Spannungs- und Transportanforderungen der Kathode.“

Die neuesten Nachrichten von QuantumScape betreffen die Alpha-2-Prototypversion seiner kommenden QSE-5-Batterie für Elektrofahrzeuge. Die Prototypensequenz begann im Jahr 2022, als QuantumScape seine 24-schichtigen A0-Prototypen zum Testen an seine Kunden verschickte.

Als wir zu Alpha-2 übergingen, reduzierte QuantumScape die Anzahl der Schichten auf sechs und erhöhte gleichzeitig die Energiedichte Faktor, um seinen Kunden vor dem Übergang zur nächsten Phase eine zusätzliche Testmöglichkeit zu bieten.

“Das [the higher energy density] ist in erster Linie auf höher belastbare Kathoden (d. h. gepackt mit aktiverem Material) und eine effizientere Verpackung zurückzuführen, die die Materialien und den Raum innerhalb der Zelle optimiert“, erklärte QuantumScape in einer Pressemitteilung.

Zu den Verpackungsverbesserungen zählt QuantumScape „engere Innenränder, dünnere Stromabnehmer und ein schlankeres Design“.

Nächste Schritte für die Festkörperbatterie der Zukunft

Ziel der Alpha-2-Übung ist es, den Kunden von QuantumScape die Möglichkeit zu geben, die neue Batterie einem Labortestprogramm zu unterziehen, das darauf abzielt, Feedback zu Leistung und Zuverlässigkeit zu geben. QuantumScape blickt bereits auf den nächsten Schritt in der Prototypensequenz mit der Bezeichnung QSE-5 B0.

„Während Alpha-2-Prototypen in Kundenlabors getestet werden, arbeitet QuantumScape daran, diese Verbesserungen auf Komponentenebene in die geplanten QSE-5-Zellen zu integrieren, die aus 24 Schichten bestehen und Elektrolytseparatoren verwenden werden, die mit der schnelleren Raptor-Ausrüstung und dem schnelleren Raptor-Verfahren hergestellt werden “, erklärt das Unternehmen.

Wie der Präsident und CEO von QuantumScape, Dr.

„Je schneller wir neue Produktversionen in die Hände der Kunden bringen können, desto schneller gelangen wir zur Produktion“, erklärte er und wies darauf hin, dass QuantumScape damit rechnet, noch in diesem Jahr mit der Produktion der ersten QSE-5-Zellen zu beginnen.

Was hat es mit Raptoren auf sich?

Wenn Ihnen die Sache mit der Ausrüstung und den Prozessen von Raptor aufgefallen ist, ist das ein weiteres Element, das QuantumScape dabei helfen könnte, die Grenze zwischen seinen Prototypen und der vollständigen kommerziellen Produktion zu verkürzen.

Raptor ist QuantumScapes Antwort auf eine Herausforderung für Festkörperbatterien auf Keramikbasis, nämlich die Wärmebehandlung des Separators im Herstellungsprozess.

„Die Wärmebehandlung ist einer der kostenintensivsten Teile der Keramikverarbeitung und oft der größte Engpass im Hinblick auf den Durchsatz“, erklärte QuantumScape in ein Brief an die Aktionäre vom 14. Februar dieses Jahres. In dem Brief wies QuantumScape außerdem darauf hin, dass sein „Raptor“-Wärmeprozess achtmal schneller als sein früherer Prozess und energieeffizienter sei und gleichzeitig bessere Ergebnisse erziele. Das Unternehmen geht davon aus, dass allein durch die Verkürzung der Zeit dieses Schrittes die bisherige Produktionskapazität bis zu verdreifacht werden kann.

„Außerdem eliminiert Raptor mehrere andere Prozessschritte vollständig und eliminiert so den Materialeinsatz, der andernfalls zu einer Partikelverunreinigung führen würde“, fügt QuantumScape hinzu.

QuantumScape hat Ende letzten Jahres mit der Bereitstellung von Raptor begonnen und ist dieses Jahr immer noch dabei, das System hochzufahren. Bei voller Auslastung wird das System einen ausreichenden Durchsatz bewältigen, um eine Kleinserienproduktion der B0-Version von QSE-5 zu ermöglichen, die laut Aktionärsbrief später in diesem Jahr erfolgen soll. Die Bezeichnung B0 bezieht sich auf eine nahezu endgültige Version der Batterie.

Ebenfalls in Arbeit ist ein Nachfolgesystem namens Cobra Raptor, das QuantumScape als „ersten Einsatz eines bahnbrechend schnelleren Separator-Wärmebehandlungsprozesses“ beschreibt, der auf die Massenproduktion einer Festkörperbatterie im Gigawatt-Maßstab abzielt.

„In erster Linie ist der Cobra-Wärmeverarbeitungsschritt so konzipiert, dass er um mehr als eine Größenordnung schneller als Raptor ist, was den Durchsatz und die Energieeffizienz dramatisch verbessert“, führt QuantumScape aus.

Neben anderen Verbesserungen konsolidiert die Cobra-Iteration mehrere Prozessschritte oder eliminiert sie vollständig, sodass sie eine erhöhte Produktionskapazität auf einer viel kleineren Stellfläche als der Raptor bewältigen kann.

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Der lange Weg zur Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge der Zukunft

Brechen Sie den Champagner noch nicht aus. QuantumScape weist darauf hin, dass Cobra noch in Arbeit ist. Das Unternehmen ist offenbar damit zufrieden, sein geringes Volumenziel für 2024 erreicht zu haben, während es Cobra auf Vordermann bringt.

QuantumScape hat seit Januar 2015 sicherlich einen langen Weg zurückgelegt, als wir feststellten, dass Volkswagen auf seine Festkörperbatterie aufmerksam geworden war, die nach EV-Batterien mit größerer Reichweite suchte (siehe unser vollständiges QuantumScape-Archiv hier).

Noch im Jahr 2021 war QuantumScape still Testen von einschichtigen Batteriezellen.

In letzter Zeit scheinen sich die Dinge rasant zu entwickeln. Im Januar 2023 berichtete Volkswagen beispielsweise, dass seine PowerCo-Abteilung die 24-lagige A0-Version der Festkörperbatterie getestet habe und stellte fest, dass diese „die Anforderungen im A-Mustertest deutlich übertraf und mehr als 1.000 Ladezyklen erfolgreich absolvierte“. .“

„Der nächste Schritt auf dem Weg zur Serienproduktion besteht nun darin, die Fertigungsprozesse zu perfektionieren und zu skalieren“, erklärte Volkswagen.

Das hört sich ganz einfach an, obwohl QuantumScape warnt, dass zusätzliche, umfangreiche Tests der B0-Prototypen in Kleinserienproduktion ein weiterer Zwischenschritt sind, bevor die Zellen für Cobra bereit sind, das irgendwann im Jahr 2025 in Betrieb gehen wird, wenn alles nach Plan verläuft.

„Wir betreiben bereits Prototypenversionen der Cobra-Wärmebehandlungsausrüstung, und angesichts der vielversprechenden Daten unserer Prototypenausrüstung und der erheblichen Vorteile von Cobra als Weg zur Produktion im Gigawattstunden-Maßstab haben wir der baldigen Produktion von Cobra Priorität eingeräumt wie möglich, um im Jahr 2025 höhere Volumina von QSE-5 zu unterstützen“, erklärte QuantumScape.

Der QuantumScape-Unterschied

QuantumScape gehört vielleicht zu den ersten Innovatoren von Festkörperbatterien, die ein Produkt auf den Markt bringen, aber es wird noch viel Konkurrenz geben, und auch die halbfeste Technologie drängt auf den Markt.

Das Unternehmen geht davon aus, dass sich seine Batterie mit seinem proprietären Keramikseparator und einer einzigartigen anodenfreien Ausgangsarchitektur von der Masse abheben wird.

Zu den Zielen für die neue Batterie gehören eine schnelle Aufladung von 10 % auf 80 % in weniger als 15 Minuten und eine längere Lebensdauer, die beide durch den Wegfall der Anode ermöglicht werden.

Zu den Kosten gibt es noch keine Angaben, obwohl QuantumScape mit der selbstbildenden Anode einen Vorteil bei den Material- und Herstellungskosten sowie Einsparungen im Zusammenhang mit den im Keramikseparator verwendeten, in der Erde vorkommenden Materialien erwartet.

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Bild: Modell eines QuantumScape QSE-5-Festkörpers Batterie für Elektrofahrzeuge (Mit freundlicher Genehmigung von QuantumScape).